对流换热公式整理

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。

常热流层流，充分发展段，常壁温层流，充分发展段，充-充分发展段，气体，-充分发展段，液体，；紊流，充分发展段，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。

横掠单根圆管的对流换热计算式还被扩展到非圆管的情形。

关联式：定性温度为主流温度，定型尺寸为管外径，速度取管外流速最大值。

1.热对流
热对流：是指由于流体的宏观运动使物体不同的流体相对位移而产生的热量传递现象。

特点：只能发生在流体中；必然伴随有微观粒子热运动产生的导热。

对流换热：流体与固体表面之间的热量传递。

对流换热公式如下：
()F t t Q f w -=α
式中，Q 为对流换热量，单位为W ；
w t 、f t 为壁面和流体的平均温度，单位为℃；
F 为对流换热面积，单位为m 2；
α为对流换热系数，单位为C m W ︒⋅2/。

2.热辐射
辐射：是指物体受到某种因素的激发而向外发射辐射能的现象。

热辐射：由于物体内部微观粒子的热运动（或者说由于物体自身的温度）而使物体向外发射辐射能的现象。

辐射换热：当物体之间存在温差时，以热辐射的方式进行能量交换的结果使高温物体失去热量，低温物体获得热量，这种热量传递称为辐射换热。

两物体辐射换热的公式如下：
44121100100n T T Q C F ⎡⎤⎛⎫⎛⎫=-⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦
式中，n C 为辐射系数；
1T 、2T 为两物体的温度；
1F 为辐射体的辐射表面积。

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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。

对流换热公式汇总与分析【摘要】流体与固体壁直接接触时所发生的热量传递过程，称为对流换热，它已不是基本传热方式。

本文尝试对对流换热进行简单分类并对无相变对流换热公式简单汇总与分析。

【关键词】对流换热类型公式适用范围对流换热的基本计算形式一一牛顿冷却公式：q=h(t w-t f) (W/m2)或Am2上热流量门二h(t w -t f) (W)上式中表面传热系数h最为关键，表面传热系数是众多因素的函数，即h = f(u,t w，t f, ■ ,C p,匚:，fl)综上所述，由于影响对流换热的因素很多，因此对流换热的分析与计算将分类进行，本文所涉及的典型换热类型如表 1所示。

表1典型换热类型1.1内部流动1.1.1圆管内受迫对流换热(1)层流换热公式西德和塔特提出的常壁温层流换热关联式为Nu =1.86Re73 Pr；/3(g)1/3( -)0.14f f f Iw或写成NU f =1.86(Pe f d)1/3(>)0.14f I (J.w式中引用了几何参数准则d，以考虑进口段的影响。

[1适用范围：0.48 ::: Pr <16700，0.0044 ：：(」厂：9.75。

—w定性温度取全管长流体的平均温度，定性尺寸为管内径d。

如果管子较长，以致[(Re 卩芒)1/3(土)0.14]乞 2lw则NU f可作为常数处理，采用下式计算表面传热系数。

常物性流体在热充分发展段的 Nu是NU f =4.36(q=co nsl)NU f =3.66(t w =c onst)(2)过渡流换热公式对于气体，0.6 ::: Pr f :: 1.5， 0.5 ：：匚：:1.5，2300 :: Re f :: 104。

0.8 0.4 d、2/3 Tf、0.45NU f =0.0214(Re f -100)Pr f [1 (一)]()l T wPr对于液体，1.5 ：： Pr f ::: 500，0.05 —：： 20，2300 :: Re f :: 104。

对流换热量计算公式对流换热是物体或空气内气体粒子之间相互间接接触而发生的热量交换过程。

它包括散射传播，比如温度差引起的热量传递，以及气体内的温度梯度能引起的热量传导现象。

由于温度梯度的影响，高温气体中的分子热和体积能释放出来，从而使得低温气体中的分子热和体积能增加，从而使低温气体向周围空气温度高的方向辐射热量，从而实现换热。

二、对流换热量计算公式对流换热量计算公式可以用来衡量对流换热的大小：Q=hA(T2-T1)，其中，Q是换热量，单位是W，h是换热系数，A是换热表面积，单位是m2，T1、T2分别为表面温度向量的温度值。

当换热的表面积A和温度差都是已知的时候，可以使用以上计算公式来计算换热量Q。

此时换热系数h通常被称为对流换热系数，对流换热系数又可以分为气体对流换热系数、液体对流换热系数和固体对流换热系数。

气体对流换热系数是指空气中气体的换热系数，用来衡量气体的换热能力。

由于气体的存在，空气中总有一个温度分布，温度越高的区域总是以一定的速率向温度越低的区域辐射热量，而这个热量辐射机制就是指气体对流换热的作用，也就是气体对流换热系数。

液体对流换热系数指的是液体中液体粒子间温度差引起的换热现象。

由于液体比空气有更大的密度，所以液体换热速度也比空气更快，因此液体对流换热系数也比气体对流换热系数要大。

固体对流换热系数指的是固体中固体粒子间温度差引起的换热现象。

由于固体的热传导性能比液体好，因此固体对流换热系数也比液体对流换热系数要大。

三、计算步骤1.首先，要计算对流换热量，就必须知道不同表面之间的温度差，以及换热表面积A，换热系数h；2.其次，建立热力学平衡模型，利用模型来计算换热量Q；3.最后，根据换热量和换热表面积来求得温度差。

四、注意事项1.在求解对流换热量时，一定要正确地估算换热表面积和对流换热系数，以精确地求出换热量；2.表面的表面粗糙或表面的湿度会影响对流换热，因此在计算过程中应考虑清楚；3.在计算过程中，也要考虑温度梯度本身也会随着温度而变化，温度梯度越大，温度差就越大，换热量也会越大。

对流换热系数经验公式
对流换热系数经验公式根据不同情况可以有多种表达方式。

以下是几种常见的对流换热系数经验公式：
1. 冷却水对流换热系数经验公式：
h = 0.023 * (Re^0.8) * (Pr^0.3) * (μ/μw)^0.14 * (λ/λw)^0.38 * λw/D
其中，h为换热系数（W/m^2·K），Re为雷诺数，Pr为普朗特数，μ为流体动力粘度（Pa·s），μw为水的动力粘度，λ为流体导热系数（W/m·K），λw为水的导热系数，D为特征尺寸。

2. 空气对流换热系数经验公式：
h = 10.45 - 7.45 * (V^0.33)
其中，h为换热系数（W/m^2·K），V为速度（m/s）。

3. 冷凝换热系数经验公式：
h = (m·l) / (A·ΔT)
其中，h为换热系数（W/m^2·K），m为冷凝质量流量
（kg/s），l为冷凝潜热（J/kg），A为换热面积（m^2），ΔT 为温度差（K）。

这些公式都是经验公式，需要根据具体的应用情况和实验数据进行修正和调整。

实际工程中，可能还有其他特定领域的经验
公式。

对于特定应用，最好根据实际情况进行实验或模拟研究，以获得更准确的换热系数。

对流换热公式一、强制对流换热粘性流体强制流：⎪⎪⎭⎝⎫ ⎛=Pr Re,,l f Nu 0l 或 ⎪⎪⎭⎫ ⎝l 01．内部流（管内流，（长管l/d>60,短管l/d<60））⎛=Pe lf Nu Re,, 1.1湍流①迪特斯-波尔特Dittus-Boelter 公式：__,条件：__气体≤50℃，水≤20~40℃，油类≤10℃。

Re=104-1.2×105_， 定性温度为：流体平均温度，定性尺寸为：管内径。

n Nu Pr Re 023.08.0=②温差大：修正或1.2层流列齐德-泰特公式：__14.031Pr Re 86.1⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=w f l d Nu μμ________ 1.3过渡流：格尼林斯基公式： ⎡⎤⎛⎫⎢⎥ ⎪⎝⎭⎣⎦f (f 8)(Re -1000)Pr d Nu=1+c l t修正：①温差（加热或冷却）：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛w fPrPr 或⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛w f μμ 或⎪⎪⎭⎫⎝⎛w f T T ②入口段（短管l/d<60）：kd l ⎪⎭⎫ ⎝⎛或 7.01⎪⎭⎫⎝⎛+=l d c l③弯管： R d c R 77.11+=气体： 33.101⎪⎭⎫ ⎝⎛+=R d c R 液体： ④非圆管：当量径：de = 4Ac/P2.外部流： 2.1平板：2.1.1 层流： ， （0.6<Pr<60） 1/32/1Pr Re 332.0x x x Nu =1/32/1Pr Re 664.0x x 2.1.2湍流： 1/35/4Pr Re 0296.0x xx Nu =前层流后湍流：（0.6<Pr<60,5×105<Re<108） 1/35/4Pr )871Re 0037.0(xx x Nu -=恒热流：1/35/4Pr Re 0308.0x x x Nu =2.2管外流 2.2.1单管：1/3n Pr Re xc Nu = c,n 取值：圆管见表3.3，非圆管见表3.4, P158 或：邱吉尔-朋斯登公式：5/48/54/13/2])282000Re (1[]Pr)/4.0(1[Pr Re 62.03.0+++=Nu 3/12/1温度：流体与管壁的平均温度, 长度：管外径2.2 管簇25.021)Pr Pr ()(Pr Re w f p m n s s c Nu = S1,S2为间距，各常数见表3.5, P159管排修正系数εz， εz 的值见表3.6，P160二、自然对流换热:粘性流体自由流动：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=Pr ,,0Fr llf Nu 或 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=Pr ,0Gr llf Nu 1．无限空间:()nGr ,Pr Gr 区分层流、湍流，c,n 取值见P161，表3.7c Nu Pr =2．有限空间：()m n Hd Gr c Nu )(Pr δ=空气，竖立：()9/1)(Pr 197.0=4/1-δH4/13/1Gr Nu d (8.6×103<Gr d <2.9×105）空气，水平： (1×104<Gr d <4.6×105） ()Pr 212.0d Gr Nu =()Pr 061.0d Gr Nu = (Gr d >4.6×105）。