对流换热基本方程

对流换热能量方程一、概述对流换热是指通过流体的运动将热量从高温区域传递到低温区域的过程。

对流换热能量方程是描述这一过程的数学表达式。

本文将详细介绍对流换热能量方程的含义、推导过程和应用。

二、对流换热能量方程含义对流换热能量方程描述了在某一时刻，单位时间内通过流体的运动传递到单位面积上的热量。

它可以表示为：q = hA(Ts - Tf)其中，q是单位时间内通过单位面积传递的热量，h是对流换热系数，A是传热面积，Ts和Tf分别是固体表面温度和流体温度。

三、对流换热系数对于不同的情况，对流换热系数也会有所不同。

例如，在自然对流中，h通常非常小；而在强制对流中，h则会比较大。

此外，在液态介质中和气态介质中，h也会有很大差别。

四、推导过程为了得到上述公式，我们需要做出以下假设：1. 流体速度与距离无关；2. 流体温度与距离无关；3. 流体是定常的。

在这些假设下，我们可以通过质量守恒和能量守恒来推导出对流换热能量方程。

首先，考虑单位时间内通过单位面积的热量传递。

根据热传导定律，这个值可以表示为：q = -k(dT/dx)其中，k是热导率，dT/dx是温度梯度。

但是，在对流换热中，温度梯度并不是一个固定值，因为它随着流体的运动而发生变化。

因此，我们需要将上述公式进行修正。

假设在距离x处的流体速度为v(x)，温度为T(x)，则单位时间内通过单位面积的热量传递可以表示为：q = -k(dT/dx) + pvCp(Ts - T)其中，p是密度，Cp是比热容，Ts是固体表面温度。

第一项表示由于温度梯度引起的传热；第二项表示由于流体运动引起的传热。

接下来，我们需要确定对流换热系数h。

根据牛顿冷却定律：q = hA(Ts - Tf)我们可以将上述公式中的q和Ts替换成上述修正后的公式，得到：h = pvCp(v/x)最终，我们将上述公式代入修正后的热传导定律中，即可得到对流换热能量方程。

五、应用对流换热能量方程在工程领域中有着广泛的应用。

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。

对流换热系数怎么计算对流传热系数一般指表面传热系数。

对流传热基本计算式——牛顿冷却公式中的比例系数，以前又称为对流换热系数，是由流体内部各部分质点发生宏观运动而引起的热量传递过程，只能发生在有流体流动的场合单位是w/(㎡*k)，含义是对流换热速率，反应了对流传热的快慢，对流传热系数越大，表示对流传热越快。

原理表面传热系数通常靠实验方法确认。

流体的热传导促进作用对于对流成套过程存有非常大影响。

流体流动时与壁面出现摩擦，摩擦力并使流体运动中断，越紧邻壁面的流体流动速度减少越多，紧扣壁面的流体几乎停滞不前。

在摩擦的迟滞促进作用明显影响范围内，壁面附近构成一层很厚的流动边界层。

流体流动速度越大，流体对壁面的冲刷促进作用越弱，流动边界层越厚，薄薄的流动边界层之所以令人高度关注是因为构成与它有关的成套边界层(也表示温度边界层)。

不论是壁冷却流体还是流体冷却壁，热流都必须通过成套边界层展开热传导传达。

在返回成套边界层步入主流区之后，流体对流混合促进作用进一步增强。

边界层的热传导热阻形成对流成套热阻的主要部分，成套温差的大部分促进作用在薄薄的边界层。

表面传热系数是对流传热基本计算式——牛顿冷却公式（newton‘s law of cooling）中的比例系数，一般记做h，以前又常称对流换热系数，单位是w/(㎡*k)，含义是对流换热速率，在数值上等于单位温度差下单位传热面积的对流传热速率。

公式表面传热系数符号为h，(α)；q =h(ts-tr)。

式中：ts是表面温度；tr是表征外部环境特性的参考温度。

热学的量。

si单位：w/(m2·k) (瓦〔特〕每平方米开〔尔文〕)。

牛顿加热公式：流体被冷却时 q=h（tw-tf）流体被冷却时 q=h（tf-tw）其中，tw及tf分别为壁面温度和流体温度，℃。

如果把温差（亦称温压）记为δt，并签订合同永远为正值，则牛顿加热公式可以则表示为：q=hδtφ=haδt其中q为热流密度，单位就是瓦/平米（w/㎡），φ为热流，单位就是瓦（w）。

第八讲对流换热convection heat transfer§8-1 对流换热基本概念一、对流换热过程：对流：是指物体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的能量传递方式，必有导热。

对流换热：流体流过一物体表面时对流与导热联合作用的热量传递过程。

牛顿冷却定律Newton’s law of coolingwt ft 如：f w t t t -=∆th q ∆=hAtt Ah qA Φ1∆=∆==为对流传热热阻hA R 1=二、流动边界层1. 流动(速度)边界层：靠近壁面处流体速度发生显著变化的薄层边界层的厚度(boundary layer thickness):达到主流速度的99%处至固体壁面的垂直距离边界层的特点(1) 有层流(laminar flow),紊流(turbulent flow)之分.•分界点Re c=3X105~3X106,一般可取Re c=5X105•在湍流区,贴壁面还有一极薄的层流底层（粘性底层）(2) δ=δ(x) x↑δ(x)↑(3) δ(x) << x δ(L) << L(4) 流场分为: 主流区(undisturbed flow regime)(potential)边界层区(boundary regime)三、换热微分方程无滑移边界条件（傅里叶定律）0=∂∂-=y yt A λΦ变化率贴壁处流体的法向温度式中：→∂∂=0y y t 联立，得与牛顿冷却公式t hA ∆=Φ0=∂∂-=y y t t h ∆λ四、影响对流换热的因素⏹流动产生的原因：受迫流动，自然对流⏹流体流动情况：层流（Re<2300），紊流（Re>10000）⏹流体的物性：ρ、λ、η等⏹换热面的形状和位臵⏹流体集态的改变§8-2 对流换热基本方程组1.连续性方程(continuity equation)0=∂∂+∂∂yv x u •2.动量方程(momentum equation)⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂22222222y v x v y p F y v v x v u v y u x u x p F y u v x u u u y x ητρητρ惯性力(inertial force)体积力(body force)压力梯度(pressuregradient)粘性力(viscous force)3.能量守恒方程（energy equation)⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂=∂∂+∂∂+∂∂2222y t x t a y t v x t u t τ能量变化对流项导热项以此五个量为分析基础。

强制对流换热准数方程强制对流换热准数方程是用来描述在强制对流换热过程中热量传递的效率的一个方程。

在热力学中，对流是指流体在流动过程中通过传导和对流的方式来完成热量传递的过程。

对流换热准数方程是对这个过程进行数学建模的工具。

强制对流换热准数方程可以用来计算在流体流动过程中热量传递的速率。

在实际应用中，我们常常需要知道在给定的流速、温度差和流体性质条件下，热量传递的效率如何。

这时，我们就可以利用强制对流换热准数方程来进行计算。

强制对流换热准数方程的一般形式如下：Nu = C * (Re^m) * (Pr^n)其中，Nu是对流换热准数，Re是雷诺数，Pr是普朗特数，C、m和n是与具体流体和流动条件相关的常数。

雷诺数是描述流体流动性质的一个参数，它与流体的流速、流道尺寸和流动性质有关。

普朗特数是描述流体传热性质的一个参数，它与流体的热导率、比热容和粘度有关。

通过测量这两个参数，我们可以利用强制对流换热准数方程来计算热量传递的效率。

强制对流换热准数方程的应用范围非常广泛。

在工程领域中，它被广泛应用于热交换器、换热器、冷却塔、管道和空气调节系统等设备的设计和优化中。

在科学研究领域中，它被用来研究流体流动和热传递的基本规律，以及改进流体流动和热传递性能的方法。

强制对流换热准数方程的使用需要注意一些问题。

首先，准数方程中的常数C、m和n是通过实验确定的，它们的值会随着流体和流动条件的变化而变化。

因此，在应用准数方程时，需要根据具体的流体和流动条件选择合适的常数值。

其次，准数方程是基于一些假设和简化，因此在特殊情况下可能会存在误差。

在实际应用中，需要根据具体情况对准数方程进行修正和改进。

强制对流换热准数方程的研究和应用对于提高能源利用效率、改善工程设备性能具有重要意义。

通过深入研究流体流动和热传递的规律，我们可以设计出更加高效、可靠和节能的热交换设备。

同时，准确计算热量传递的效率也有助于优化工业生产过程，提高生产效率和产品质量。

对流换热知识点总结导言对流换热是热传递的一种方式。

在许多实际问题中，流体和固体之间都会发生对流换热现象。

对流换热是指热能通过流体传输到物体表面上，然后再通过固体的传热机制传递到物体内部。

对流换热的基本原理是通过流体的流动将热能传送到物体之间，并在传热过程中通过流体对物体表面的冷却来达到等温条件。

本文将会围绕对流换热知识点进行总结，着重讨论对流换热的基本原理、传热系数计算、传热器设计、流动形式以及一些应用等方面。

一、对流换热的基本原理对流换热的基本原理是通过流体的流动将热能传送到物体之间，并在传热过程中通过流体对物体表面的冷却来达到等温条件。

对流换热是通过流体对物体表面进行冲刷，从而带走物体表面的热量。

对流换热的基本原理可以用纽塔尔方程来描述，该方程为：Q = h*A*ΔT其中Q表示热交换量，h表示传热系数，A表示传热面积，ΔT表示传热温差。

传热系数h是对流换热的特性参数，它描述了在单位面积上对流换热所需要的热传导率。

当流体在物体表面上流动时，会形成一层相对静止的边界层，边界层中的流体速度较低，温度较高，因此会对物体表面带走较多的热量，进而提高传热系数h。

二、传热系数的计算传热系数是描述对流换热的特性参数，它有多种计算方法，其中常用的方法有理论计算和实验测定两种。

理论计算方法一般包括：经验公式法、边界层理论法、流体力学法和数值模拟法。

而实验测定则通过对流体在传热器上的温度和流速进行测定，进而得到传热系数。

对于复杂的情况，常常需要采用复杂的数学模型和计算方法来精确求解传热系数。

在一些工程问题中，传热系数的计算是非常重要的，它直接影响到传热器的设计和使用效果。

三、传热器的设计传热器是用来加热或冷却流体的设备，它包括热交换管、冷凝器、蒸发器、换热管、加热器和冷却器等。

传热器的设计是通过传热系数的计算和流体的流动特性来确定的。

在传热器的设计过程中，需要考虑传热器的结构形式、材料选用、传热系数、流体流动参数等因素。