第7章 对流换热求解方法-技工院分析

对流换热计算式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常热流层流，充分发展段，光滑管常壁温层流，充分发展段，光滑管层流，入口段 - 充分发展段，光滑管关联式过渡流，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，光滑管加热流体时， n=0.4 ；紊流，充分发展段，光滑管；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。

关于对流换热系数测量及计算方法本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！引言由于机械摩擦、内漏、流动及节流损失等原因，液压系统的压力能转化为热能，一部分通过壳体散逸到周围环境，另一部分贮存在油液中导致液压油温度升高。

油液温度过高，将产生热变形使精密结构卡滞、降低液压油的黏度、加速密封件老化，降低液压系统性能，甚至导致其功能丧失。

对流换热是液压系统散逸热量的主要形式，目前计算对流换热主要采用牛顿冷却公式，计算关键在于确定对流换热系数。

对流换热系数与流体和换热表面的物性、状态等诸多因素有关，这些因素具体如何影响对流换热系数至今仍没有一个明确公式能够反映，如何获得精确的对流换热系数是工程中的一个难点。

对流换热系数的概念提出后，国内外学者对其进行了长期研究，提出了不同的对流换热系数获得方法。

本研究首先介绍获得对流换热系数测试计算方法的发展，然后对目前工程上获得对流换热系数的方法进行概述，分析这些方法的优缺点、适用范围及发展前景，为液压系统对流换热系数的准确测量与计算提供借鉴。

1对流换热系数测量与计算方法的发展在牛顿冷却公式提出后相当长时间里，只能通过比较原始的实验方法，反复地控制变量进行实验，通过分析、计算实验所得大量数据来获得对流换热系数。

由于对流换热系数影响因素众多，变量控制困难，实验过程和数据处理相当繁琐。

20世纪60年代起，计算机技术在全球范围内逐渐得到广泛应用，数值方法求解流动和传热问题开始形成规模，并取得瞩目成果。

1981年第一款商用CFD 软件PHOENICS投放市场，之后商用CFD 软件越来越多的应用在工程实践中。

20世纪80年代后，随着计算机技术的飞速发展，数值方法在对流换热的研究和工程领域占有越来越重要的地位，如今已成为工程求解对流换热系数的主要方法之一。

2对流换热系数测量与计算方法概述目前工程上对流换热系数的计算方法主要有理论分析方法、实验测量方法和数值计算方法，下面分别加以描述。

7 对流换热7.0 本章主要内容导读本章讨论对流换热问题，首先介绍对流换热的相关基本概念——对流换热的机理、数学描述方法和主要研究方法，然后介绍两类无相变的对流换热——强制对流换热和自然对流换热，主要内容如图7-1所示。

图7-1 第七章主要内容导读7.1 对流换热基本概念7.1.1对流换热机理如前所述，实际工程中经常遇到的对流问题是对流换热问题，它是导热与热对流共同作用的结果。

由于流体的热运动强化了传热，通过对流流体的传热速率比通过静止流体导热的传热速率高得多。

并且，流体速度越快，传热速率越高。

理论上，对流换热可以通过牛顿冷却公式求解，即=αQ∆Ft与导热中的导热系数λ不同，对流换热系数α不是物性参数，因此对流换热过程和相应的对流换热系数受到许多因素的影响，这些影响因素可以分为如下五类。

(1)流体流动产生的原因。

根据流动产生的原因，对流换热可以分为强制对流换热与自然对流换热两大类。

前者由泵、风机或其它外部动力源的作用引起，后者通常由流体各个部分温度不同产生的密度差引起。

两种流动产生的原因不同，流体中的速度场、对流换热规律和换热强度均不一样。

通常强制对流换热的流速高、换热系数α大；(2)流体有无相变。

在流体没有相变时对流换热中的热量传输由流体显热的变化实现，在有相变的换热过程中(如沸腾或凝结)，流体相变热(潜热)的释放或吸收常常起主要作用，流体的物性、流动特性和换热规律均与无相变时不同。

一般同一种流体在有相变时的换热强度远大于无相变时的强度；(3)流体的流动状态。

根据动量传输知识，粘性流体存在着两种不同的流态——层流和湍流。

层流时流体微团沿着主流方向作有规则的分层流动，湍流时流体各部分之间发生剧烈的混合。

因此，在其它条件相同时湍流换热的强度明显强于层流换热的强度；(4)换热表面的几何因素。

这里的几何因素指换热表面的形状、大小、换热表面与流体运动方向的相对位置以及换热表面的状态(光滑或粗糙)。

这些几何因素都将影响流体在壁面上的流动状况，从而影响到对流换热。