如何计算对流传热系数_图文

表面对流传热系数计算
表面对流传热系数是指在单位时间内，通过单位表面积的热量与表面温度梯度之间的比例关系。

计算表面对流传热系数的方法取决于表面的形状、流体的性质以及流动条件。

以下是一些常见的计算表面对流传热系数的方法：
1. 牛顿冷却定律法：牛顿冷却定律是最基本的传热计算方法之一。

它基于实验数据或经验关联式，通过测量表面温度和流体温度来计算传热系数。

这种方法简单易用，但通常适用于简单形状的表面和特定的流动条件。

2. 类比法：类比法是利用相似表面或流动条件下已有的传热系数数据来估算目标表面的传热系数。

这种方法基于经验或相似性原则，适用于相似的几何形状和流动情况。

3. 数值计算方法：随着计算机技术的发展，数值计算方法如有限元法（FEM）和有限差分法（FDM）被广泛应用于复杂表面和非稳态传热问题的求解。

这些方法通过对表面和流体进行离散化，求解能量方程来获得传热系数。

4. 理论分析法：对于一些简单的几何形状和理想流动条件，可以通过理论分析来推导传热系数的表达式。

例如，对于平板表面的强制对
流，可用努塞尔数（Nusselt number）和雷诺数（Reynolds number）之间的关系来计算传热系数。

需要注意的是，以上方法仅提供了一些常见的计算表面对流传热系数的途径，具体的计算方法应根据实际情况选择适当的公式或模型，并结合实验验证来确保准确性。

在实际应用中，还需要考虑表面粗糙度、流体物性、边界条件等因素对传热系数的影响。

努赛尔数与对流传热系数关系式
（实用版）
目录
一、努赛尔数与对流传热系数的定义
二、努赛尔数与对流传热系数的关系式
三、如何利用关系式计算对流传热系数
四、实际应用中的例子
五、总结
正文
一、努赛尔数与对流传热系数的定义
努赛尔数（Nu）是一个无量纲数，用于描述流体在对流传热过程中的热传导性能。

它反映了流体与固体壁面之间的热交换强度，是流体动力学与热传导之间的耦合参数。

对流传热系数（h）表示单位时间内，单位传热面积上流体与固体壁面之间因对流而传递的热量。

对流传热系数是评价换热器性能的重要指标，其值越大，表示换热器的传热效果越好。

二、努赛尔数与对流传热系数的关系式
努赛尔数与对流传热系数之间的关系式为：h = α * Nu^2 / ΔT，其中，α为热传导系数，Nu 为努赛尔数，ΔT 为流体与固体壁面之间的温差。

由此可知，对流传热系数与努赛尔数的平方成正比关系。

三、如何利用关系式计算对流传热系数
根据上述关系式，我们可以通过测量流体与固体壁面之间的温差ΔT，以及计算努赛尔数 Nu，来计算对流传热系数 h。

在实际应用中，通常需要根据具体的传热过程和换热器的结构特点，采用实验方法或数值模拟方法来确定这些参数。

四、实际应用中的例子
在实际应用中，努赛尔数与对流传热系数的关系式被广泛应用于优化换热器的性能。

例如，在设计空气冷却器时，可以通过调整冷却器的结构，如增加散热片、改变空气流动方式等，来增加努赛尔数，从而提高对流传热系数，达到提高冷却效果的目的。

五、总结
总之，努赛尔数与对流传热系数之间的关系式为评价换热器性能提供了一个重要的理论依据。

4.3.4 管内强制对流传热对于流体在圆形直管内作强制对流传热时，研究表明，Nu数与Pr数和Re数之间存在如图4-18所示的关系。

由图可见，管内强制对流存在三个不同的区域：当Re<2300 时，流体的流动为层流状态，当Re>10000时，流体的流动为旺盛湍流状态，一般认为2300<Re<10000区域得流动为过渡状态，在三个区域内流体的对流传热规律不同。

对于湍流状态的对流传热规律是较容易关联的，过渡状态的对流传热很难关联成一个准确的计算式，而层流状态的强制对流还与自然对流有关，即与Gr数有关。

由于强制对流的流体流动中存在温度差异，必将同时引起附加的自然对流。

当雷诺数较大时，自然对流的影响很小，可以忽略不计。

一般认为时，就可忽略自然对流的影响；当时，则按单纯自然对流处理，介于其间的情况称为混合对流传热。

应当指出，图4-18的对流传热规律是在流动充分发展的情况下的结论。

从第一章可知，当流体由大空间流入一圆管时，流动边界层有一个从零开始增长直到汇合于圆管中心线的过程。

类似地，当流体与管壁之间有热交换时，管内壁上的热边界层也有一个从零开始增长直到汇合于圆管中心线的过程。

通常将流动边界层及热边界层汇合于圆管中心线后的流体流动或对流传热称为已经充分发展的流动或对流传热，从进口到充分发展段之间的区域则称为入口段。

入口段的热边界层较薄，局部对流传热系数比充分发展段的高，随着入口的深入，对流传热系数逐渐降低。

如果边界层中出现湍流，则因湍流的扰动和混合作用会使局部对流传热系数有所提高，再逐渐趋向一定值，上述规律如图4-19所示。

图中为远离入口段得局部对流传热系数渐进值。

对于管内强制对流，实验表明，热入口段的长度lt与管内径d之间存在以下关系层流时管壁上温度恒定（4-71a）管壁上热通量恒定（4-71b）湍流时（或40～60）（4-72）通常，工程上的对流传热主要讨论全管长上的平均对流传热系数。

对流传热系数的测定实验一． 实验目的1． 掌握对流传热系数的测定方法；2． 学习确定对流传热关联式中系数A 和指数的方法； 3． 了解套管换热器的结构； 4． 学习测温热电偶的使用方法。

二． 实验内容1． 测定空气在套管换热器内管中作强制对流时的对流传热系数； 2． 利用图解法确定准数关联式中的常数A 和。

三． 实验原理对流传热系数是研究传热过程和换热器性能的重要参数。

本实验以空气为冷流体流过套管换热器的内管，饱和水蒸汽作为热流体流过环隙，故以下仅就空气在圆形直管内作强制湍流流动时的对流传热系数的测定进行讨论。

空气在管内被加热，据牛顿冷却定律有： 式中, 传热量Q ，W ；A: 空气在管的内表面积，m 2 T: 传热管内表面的平均温度, ℃ t: 空气的平均温度, ℃t 1: 空气进口温度，℃ t 2: 空气出口温度，℃。

因传热管为紫铜管，导热系数很大，且管壁很薄，故可认为近似于传热管外壁表面的平均温度。

对于强制对流，准数Gr 可忽略，故 式中系数A 和指数可用图解法和多元线性回归法确定。

本实验采用图解法。

用图解法对多变量方程进行关联时，要对不同变量和分别回归。

为便于掌握此关联方法，可取你＝0.4（因实验中空气被加热），这样就把多变量方程简化为单变量方程了。

即或对上式两边取对数，得一直线方程在双对数坐标系中以为 纵坐标， 为横坐标，对实验数据进行标绘时，所得直线的斜率即为方程式中的指数。

系数A 可由截距求出。

()Q T t Aα=⋅-⋅ t 12t +t ＝2Re m nNu A Pr =⋅⋅0.4Re m Nu A Pr =⋅⋅0.4RemNu A Pr =⋅0.4ln ln ln ReNu A m Pr=+⋅0.4ln NuPrln Re四. 设备主要技术数据2.空气流量计(1) 由孔板与压力传感器及数字显示仪表组成空气流量计。

空气流量由公式[1]计算。

（第1套）6203.00)(113.18P V t ∆⨯= (1)其中，0t V - 20℃ 下的体积流量，m 3/h ；P∆-孔板两端压差，Kpa1tρ-空气入口温度（及流量计处温度）下密度，kg/m 3。