第十六章 各种对流换热过程的特征及其计算公式

对流换热系数经验公式流换热系数是热工学中重要的参数之一，用于描述流体与固体之间传热的能力。

在工程实践中，经验公式被广泛应用于估算流换热系数。

这些公式基于大量实验数据和数学模型的结果，可以在不需要复杂计算和精确数据的情况下，快速估算流换热系数。

常见的流换热系数经验公式可以分为两类：表观流换热系数经验公式和基本流换热系数经验公式。

表观流换热系数经验公式是根据表面上特定的物理现象和实验数据建立的。

这种公式主要用于估算被表面积限制而产生强制对流的情况下的流换热系数。

其中最著名的公式是Dittus-Boelter公式。

这个公式适用于流体为与壁面接触时液体或气体的传热，是工程实践中常用的公式之一、Dittus-Boelter公式的形式如下：Nu=0.023*Re^0.8*Pr^0.3其中Nu是表观流换热系数，Re是雷诺数，Pr是普朗特数。

雷诺数是流体动量与粘性之比的无量纲数，普朗特数是冲击与传导传热之比的无量纲数。

这个公式适用于在平直管内被流体完全充满的情况下。

另一个常见的表观流换热系数经验公式是Sieder-Tate公式，用于粗糙管内的对流传热计算。

Sieder-Tate公式的形式如下：Nu=(f/8)*(Re-1000)*Pr/(1+12.7*(f/8)^0.5*(Pr^(2/3)-1))其中f是摩擦系数，由Darcy方程计算，Re是雷诺数，Pr是普朗特数。

这个公式主要用于对流传热比较复杂的状况。

基本流换热系数经验公式是根据流体与固体之间传热机理的基本原理建立的。

这种公式适用于在不同传热条件下的流换热系数估算。

其中最著名的公式是Nu-Prandtl公式和Churchill-Bernstein公式。

Nu-Prandtl公式适用于流体被不同形状物体包围的情况下。

公式的形式如下：Nu=C*Re^m*Pr^n其中Nu是流换热系数，Re是雷诺数，Pr是普朗特数，C、m和n是经验系数。

这个公式的系数可以根据实验数据和数值方法进行拟合获得。

对流传热系数的计算公式
对流传热系数是热传导中的一种传热方式，常用于热交换器、冷却塔、加热器等传热设备的设计与计算中。

对于流体在壁面上的流动，其对流传热系数与流速、温度、粘度等变量密切相关。

在实际应用中，针对不同的流体与流动状态，可采用不同的计算公式。

下面列举几种常用的对流传热系数计算公式：
1. 自然对流传热系数公式：
h = 1.13 * (gβΔT)^1/4
其中，h为对流传热系数，g为重力加速度，β为热膨胀系数，ΔT为壁面温度与流体温度的差值。

2. 强制对流传热系数公式：
Nu = CRe^mPr^n
其中，Nu为努塞尔数，Re为雷诺数，Pr为普朗特数，C、m、n 为经验系数。

3. 线性对流传热系数公式：
h = kΔT
其中，k为比例常数，ΔT为温度差值。

需要注意的是，以上公式仅适用于理想条件下的流动状态，而实际应用中因存在多种不确定因素，其计算结果仅供参考，具体设计与计算仍需进行实际测试与验证。

- 1 -。

各种对流换热过程的特征及其计算公式对流换热是指热量通过传导和传导的方式从一个物体转移到另一个物体的过程。

在许多工程和自然现象中，对流换热都起着重要的作用。

下面是各种对流换热过程的特征及其计算公式。

1.强制对流换热：强制对流换热是指通过对流传热介质（如气体或液体）的外力驱动，使热量从一个物体转移到另一个物体的过程。

其特征包括：-较高的传热速率：由于外力使传热介质保持流动状态，因此强制对流传热速率较高。

-计算公式：Q=h*A*(Ts-T∞)其中，Q是传热速率，h是对流换热系数，A是传热面积，Ts是表面温度，T∞是流体温度。

2.自然对流换热：自然对流换热是指在没有外力驱动的情况下，通过自然气流或自然对流传热介质（如气体或液体）进行热量传输的过程。

其特征包括：-由温度差引起的自然循环：由于温度差异造成的密度差异，导致气体或液体在物体表面形成循环，从而传热。

-计算公式：Q=α*A*ΔT其中，Q是传热速率，α是自然对流换热系数，A是传热面积，ΔT 是温度差。

3.相变换热：相变换热是指物体在相变过程中吸收或释放的热量。

其特征包括：-温度保持不变：当物体处于相变过程中时，温度保持不变，热量主要用于相变过程。

-计算公式：Q=m*L其中，Q是传热速率，m是物体的质量，L是单位质量的相变潜热。

4.辐射换热：辐射换热是指通过电磁辐射传播热量的过程。

其特征包括：-不需要传热介质：辐射传热不需要传热介质，可以在真空中传递热量。

-计算公式：Q=ε*σ*A*(Th^4-Tc^4)其中，Q是传热速率，ε是辐射率，σ是斯特藩-玻尔兹曼常数，A 是物体表面积，Th和Tc分别是辐射物体和周围环境的温度。

总结：不同的对流换热过程具有不同的特征和计算公式。

在实际应用中，根据具体的情况选择适当的计算公式可以帮助我们准确计算和分析热量的传递过程。

要注意，实际的对流换热过程可能是多种换热方式的复合，需要综合考虑不同的换热方式。

对流换热计算式范文流体换热是工程领域中经常遇到的问题，涉及到不同温度流体之间的热量传递。

在实际应用中，有几种常见的换热计算式，包括传热功率、传热系数、对流热流密度等。

下面将详细介绍这些计算式。

1.传热功率（Q）：传热功率是指单位时间内从源体传递给流体的热量，可以通过以下公式计算：Q=m*Cp*(T2-T1)其中，m为流体的质量流率（kg/s），Cp为流体的比热容（J/(kg·℃)），T2和T1分别为流体的出口温度和入口温度（℃）。

2.对流换热系数（h）：对流换热系数表示流体与固体表面之间传热的效率，可以通过以下公式计算：Q=h*A*(T2-T1)其中，Q为传热功率（W），A为热传导面积（m²），T2和T1为流体的出口温度和入口温度（℃）。

3.对流热流密度（q）：对流热流密度是指单位面积上的传热功率，可以通过以下公式计算：q=Q/A其中，q为对流热流密度（W/m²），Q为传热功率（W），A为热传导面积（m²）。

在实际应用中，还需要考虑到流体的物理性质和流动状态等因素。

4.流体物性的影响：流体的物理性质，如密度、比热容、导热系数等，会对换热过程产生影响。

例如，传热功率的计算中，流体的比热容是一个重要的参数，其数值会影响到传热功率量值的大小。

5.流体流动状态的影响：流体的流动状态也会对换热过程产生影响。

例如，当流体以层流状态流动时，传热系数较小；而当流体以湍流状态流动时，传热系数较大。

因此，在实际计算中，需要根据具体条件来确定使用相应的计算公式。

在工程实践中，可以通过实验方法或数值模拟方法来确定换热计算式中所需的参数值。

实验方法可以通过测量流体流动的温度和压力变化来获得换热系数等参数。

数值模拟方法则可以通过建立数学模型和求解相应的方程来进行换热计算。

总之，流体换热是一个复杂的工程问题，涉及多个参数和变量。

了解和熟练运用换热计算式对于工程领域中的换热问题有着重要的意义。

关系式返回到上一层以下汇总了工程中最常见的几类对流换热问题的对流换热计算关系式，适用边界条件，已定准则的适用范围，特征尺寸与定性温度的选取方法。

一、掠过平板的强迫对流换热应注意区分层流和湍流两种流态 ( 一般忽略过渡流段 ) ，恒壁温与恒热流两种典型的边界条件，以及局部 Nu 数和平均 Nu 数。

沿平板强迫对流换热准则数关联式汇总注意：定性温度为边界层的平均温度，即。

二、管内强迫对流换热(1) 流动状况不同于外部流动的情形，无论层流或者湍流都存在流动入口段和充分发展段，两者的长度差别很大。

计算管内流动和换热时，速度必须取为截面平均速度。

(2) 换热状况管内热边界层也同样存在入口段和充分发展段，只有在流体的 Pr 数大致等于 1 的时候，两个边界层的入口段才重合。

理解并准确把握两种典型边界条件 ( 恒壁温与恒热流 ) 下流体截面平均温度的沿程变化规律，对管内对流换热计算有着特殊重要的意义。

(3) 准则数方程式要注意区分不同关联式所针对的边界条件，因为层流对边界条件的敏感程度明显高于湍流时。

还需要特别指出，绝大多数管内对流换热计算式 5f 对工程上的光滑管，如果遇到粗糙管，使用类比率关系式效果可能更好。

下表汇总了不同流态和边界条件下管内强迫对流换热计算最常用的一些准则数关联式。

(4) 非圆截面管道仅湍流可以用当量直径的概念处理非圆截面管道的对流换热问题。

层流时即使用当量直径的概念也无法将不同截面形状管道换热的计算式全部统一。

流态及范围适用范围关联式层流，充分发展段，光滑管常热流层流，充分发展段，光滑管常壁温层流，入口段 - 充分发展段，光滑管过渡流，入口段 - 充分发展段，气体，光滑管过渡流，入口段 - 充分发展段，液体，光滑管紊流，充分发展段，光滑管加热流体时， n=0.4 ；冷却流体时， n=0.3；紊流，充分发展段，光滑管紊流，粗糙管紊流，粗糙管三、绕流圆柱体的强迫对流换热流体绕圆柱体流动时，流动边界层与掠过平板时有很大的不同出现脱体流动和沿程局部 Nu 数发生大幅度升降变化的根本原因。

对流传热公式
对于对流传热公式，其本质是牛顿冷却定律，即对流传热率与温
度差成正比，与传热面积、传热系数成正比。

其数学表达式为：Q = hAΔT
其中，Q为传热速率，单位为W或J/s；h为对流传热系数，单位
为W/(m²·K)；A为传热面积，单位为m²；ΔT为传热的温度差，单位
为K或℃。

需要注意的是，对流传热系数是由传热流体的性质、流速、传热
面的特性等因素决定的，而其解析式一般是无法给出的，需要通过实
验测定或经验公式来获得。

同时，在实际应用中，涉及较复杂的情况时，如自然对流、强迫对流、辐射对流等，对流传热公式需要结合其
他传热模型和理论来计算。

此外，对流传热过程中还会出现边界层效应、湍流效应等，这些
都需要进行特殊考虑。

还有一些特殊技术和装置，如换热器、冷却塔、空气调节装置等，则需要运用更为复杂的传热理论和模型。

综上所述，对流传热公式是传热学中最常见且基础的一种模型，但在实际应用中需要注意各种特殊因素，并采用合适的传热模型和理论进行分析和计算。