对流换热计算

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。

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。

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。

对流传热系数也称对流换热系数。

对流换热系数的基本计算公式由牛顿于1701年提出，又称牛顿冷却定律。

牛顿指出，流体与固体壁面之间对流传热的热流与它们的温度差成正比。

流体与固体表面之间的换热能力，比如说，物体表面与附近空气温差1℃，单位时间（1s）单位面积上通过对流与附近空气交换的热量。

单位为W/(m^2·℃)或J/(m^2·s·℃)。

表面对流换热系数的数值与换热过程中流体的物理性质、换热表面的形状、部位以及流体的流速等都有密切关系。

物体表面附近的流体的流速愈大，其表面对流换热系数也愈大。

如人处在风速较大的环境中，由于皮肤表面的对流换热系数较大，其散热（或吸热）量也较大。

对流换热系数可用经验公式计算，通常用巴兹公式计算。