對(duì)流換熱-對(duì)流換熱的概念及牛頓冷卻公式（熱工學(xué)）

對(duì)流換熱概念及牛頓冷卻公式一、對(duì)流換熱的概念1.熱對(duì)流由于流體的宏觀運(yùn)動(dòng)，使流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移，致使冷、熱流體相互摻混而引起的熱量傳遞現(xiàn)象。熱對(duì)流只發(fā)生在流體之中，總是與流體運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)，并受到流體運(yùn)動(dòng)的影響。一、對(duì)流換熱的概念2.對(duì)流換熱流體與固體壁之間既直接接觸又相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的熱量傳遞過(guò)程稱(chēng)為對(duì)流換熱。

對(duì)流換熱是由熱對(duì)流和導(dǎo)熱共同作用的復(fù)合換熱形式。

對(duì)流換熱分類(lèi):強(qiáng)制對(duì)流換熱自然對(duì)流換熱按流體流動(dòng)原因分為

相變對(duì)流換熱無(wú)相變對(duì)流換熱凝結(jié)換熱沸騰換熱按流體是否有相變分為

如空氣掠過(guò)房間空調(diào)器二、對(duì)流換熱過(guò)程分析當(dāng)流體在管內(nèi)湍流時(shí)，在傳熱方向上截取一截面φ，各層界面處的溫度變化為:tht

h

tw1tw2t

c

tc流體在管內(nèi)湍流時(shí),其流動(dòng)狀況由層流內(nèi)層、緩沖層和湍流主體組成湍流主體的傳熱以對(duì)流換熱為主；緩沖層的傳熱以導(dǎo)熱和對(duì)流換熱進(jìn)行;層流底層的傳熱以導(dǎo)熱的方式進(jìn)行。三、牛頓冷卻公式由牛頓1702年提出，是用于對(duì)流換熱量的計(jì)算公式。

:熱流量，W；A:換熱面積，m2；h:表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/（m2

K）；△t:對(duì)流換熱溫差，△t=tw-tf，℃;RW:對(duì)流換熱熱阻，RW

=1/hA，K/W;R:單位面積對(duì)流換熱熱阻，R=1/h，m2

K/Wtf流體平均溫度

對(duì)流換熱量

與壁面換熱面積A及流體與壁面之間的溫度差Dt成正比；表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h的大小反映了對(duì)流換熱的強(qiáng)弱?；虮砻鳎号ｎD冷卻公式表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h表明了當(dāng)流體與壁面間的溫差為1K時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的熱流量。牛頓冷卻公式將影響對(duì)流換熱的諸多復(fù)雜因素，歸結(jié)為表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)這一參數(shù)，對(duì)流換熱研究的核心也就歸結(jié)為表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的求解。對(duì)流換熱方式h對(duì)流換熱方式h空氣自然對(duì)流5～12高壓水蒸氣強(qiáng)制對(duì)流500～3500空氣強(qiáng)制對(duì)流12～100水沸騰600～50000水自然對(duì)流200～1000蒸汽膜狀凝結(jié)4500～18000水強(qiáng)制對(duì)流1000～15000蒸汽珠狀凝結(jié)45000～140000表1表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h的大致范圍W/（m2

K）四、影響表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的主要因素1.流體流動(dòng)的起因影響流體的速度分布。一般來(lái)說(shuō)，強(qiáng)制對(duì)流的流速比自然對(duì)流高，因而表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)也高。自然對(duì)流由于流體中各部分的密度不同而引起。強(qiáng)制對(duì)流流體的流動(dòng)由動(dòng)力機(jī)械的作用造成。如電冰箱冷凝器和房間暖氣片等換熱設(shè)備表面冷、熱空氣的流動(dòng)。如水泵驅(qū)動(dòng)空調(diào)裝置中的冷媒水如空氣的流動(dòng)流體的熱對(duì)流總是伴隨著導(dǎo)熱。四、影響表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的主要因素2.流體的流動(dòng)狀態(tài)及流速的影響層流01.熱量傳遞主要為垂直于流動(dòng)方向的導(dǎo)熱，h的大小取決于流體的熱導(dǎo)率。

湍流02.層流底層內(nèi)以導(dǎo)熱傳熱外，湍流主體以熱對(duì)流傳熱為主，h大，對(duì)流換熱效果好。同一流態(tài)，流體流速增加時(shí)，傳熱速率加快。

四、影響表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的主要因素3.流體的物理性質(zhì)

熱導(dǎo)率

越大，流體與壁面間的熱阻就越小，換熱就越強(qiáng)烈；密度

比定壓熱容cp

、cp越大，單位質(zhì)量攜帶的熱量越多，傳熱能力越大;

動(dòng)力黏度

越大，黏滯力越大，加大了層流底層的厚度，不利于對(duì)流換熱。

影響因素四、影響表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的主要因素4.流體有無(wú)相變有相變時(shí)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)要比無(wú)相變時(shí)的大。沸騰換熱凝結(jié)換熱沸騰時(shí)液體中汽泡的產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)增加了液體內(nèi)部的擾動(dòng)，從而強(qiáng)化了對(duì)流換熱。無(wú)相變時(shí)，流體顯熱變化實(shí)現(xiàn)對(duì)流換熱。有相變時(shí)，流體吸收或放出潛熱，對(duì)流換熱要?jiǎng)×业枚唷Ｓ绊懸蛩厮?、影響表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的主要因素?fù)Q熱表面的形狀、大小