1、第五章第五章 对流换热对流换热自然界普遍存在对流换热，它比导热更复杂。自然界普遍存在对流换热，它比导热更复杂。到目前为止，对流换热问题的研究还很不充分。到目前为止，对流换热问题的研究还很不充分。某些方面还处在积累实验数据的阶段；某些方面还处在积累实验数据的阶段；某些方面研究比较详细，但由于数学上的困难；某些方面研究比较详细，但由于数学上的困难；工程上大多数应用经验公式（实验结果）工程上大多数应用经验公式（实验结果）对流换热的定义对流换热的定义对流换热是指流体流经固体时流体与固体表面之间的对流换热是指流体流经固体时流体与固体表面之间的热量传递现象。热量传递现象。对流换热与热对流不同，既有热对流，
2、也有导对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热；不是基本传热方式热；不是基本传热方式）必须有流体的宏观运动，必须有温差；）必须有流体的宏观运动，必须有温差；）对流换热既有热对流，也有热传导；）对流换热既有热对流，也有热传导；）流体与壁面必须有直接接触；）流体与壁面必须有直接接触；）没有热量形式之间的转化。）没有热量形式之间的转化。对流换热的特点对流换热的特点牛顿冷却公式牛顿冷却公式对流换热的基本计算式对流换热的基本计算式 CtCtmACmWhmWtthqWtthAsss 为流体温度，为固体壁面温度为换热面积，为对流换热系数222/)()(例子例子 冬天房间温度冬天房间温度16，朝外朝外外墙外
3、墙0，墙厚，墙厚50cm，面积，面积12m2，导热系数，导热系数 2.0W/m，求每小时通过该墙的散热量求每小时通过该墙的散热量)(7685.0160122WdxdtA)(27648003600768JQ 解：散热率为解：散热率为 解：散热量为解：散热量为 h h 当流体与壁面温度相差当流体与壁面温度相差1 1度时、每单位壁度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量。面面积上、单位时间内所传递的热量。hA t2W(m)K如何确定如何确定h h及增强换热的措施是对流换热的及增强换热的措施是对流换热的核心问题核心问题表面传热系数（对流换热系数）表面传热系数（对流换热系数）例子例子 冬天房间内的
4、空气温度冬天房间内的空气温度16，墙外空气，墙外空气0，内外空气对流换热系数内外空气对流换热系数8 W/m2，墙厚，墙厚50cm，面积，面积12m2，导热系数，导热系数 2.0W/m，求散热率求散热率tair1 ts1 ts2 tair2h h散热率为散热率为)(384)016(8/45.012221)(21)()(2)()()()(21122121212121221211WhdttdAdttAhdttttdttAtttthAtthAdttAtthAairairssairairssssssairairairssssair5.1.1 5.1.1 影响对流换热系数的因素影响对流换热系数的因素 流体
5、流动的起因流体流动的起因 流体有无相变流体有无相变 流体的流动状态流体的流动状态 换热表面的几何因素换热表面的几何因素 流体的物理性质流体的物理性质5.1.1 5.1.1 影响对流换热系数的因素影响对流换热系数的因素1 1、流动起因、流动起因自然对流：流体因各部分温度不同而引起的密度自然对流：流体因各部分温度不同而引起的密度差异所产生的流动差异所产生的流动（Free convection）强制对流：由外力（如：泵、风机、水压头）作强制对流：由外力（如：泵、风机、水压头）作用所产生的流动用所产生的流动（Forced convection）自然强制hh2 2、流动状态流动状态层流湍流hh层流：整个
6、流场呈一簇互相平行的流线层流：整个流场呈一簇互相平行的流线湍流：流体质点做复杂无规则的运动湍流：流体质点做复杂无规则的运动（紊流）（紊流）（Laminar flowLaminar flow）（Turbulent flowTurbulent flow）3 3、流体有无相变、流体有无相变单相换热：单相换热：相变换热：相变换热：凝结、沸腾、升华、凝固、融化凝结、沸腾、升华、凝固、融化h h单相单相h1Pr1时，时，Pr=/aPr=/a，aa，粘性扩散，粘性扩散 热量扩散，速度热量扩散，速度边界层厚度边界层厚度 温度边界层厚度。温度边界层厚度。当当Pr1Pr1时，时，Pr=/aPr=/a，aa，粘性扩
7、散，粘性扩散 热量扩散，速度热量扩散，速度边界层厚度边界层厚度 温度边界层厚度。温度边界层厚度。aPrv/av/a反映了流体中动量扩散与热扩散能力的对比。反映了流体中动量扩散与热扩散能力的对比。反映流体中由于分子运动而扩散动量的能力，能力越反映流体中由于分子运动而扩散动量的能力，能力越大，黏性影响传递地越远，流动边界层越厚大，黏性影响传递地越远，流动边界层越厚常用流体的常用流体的PrPr数范围数范围：0.6-40000.6-4000之间之间各种气体：各种气体：0.6-0.70.6-0.7液态金属：液态金属：0.010.01的数量级的数量级高高prpr数的油类：数的油类：10102 210103
8、 3小结：外掠平板对流换热问题的求解小结：外掠平板对流换热问题的求解5Re5 10 当时3121PrRe332.0 xxNu1 21 30.664RePrllNu 5Re5 10 当时注意注意特征长度特征长度定性温度定性温度特征速度特征速度4 51 3(0.037Re871)PrmNu【例【例5-15-1 】压力为大气压的压力为大气压的2020的空气，纵向流过一的空气，纵向流过一块长块长320mm320mm，温度为，温度为40 40 的平板，流速为的平板，流速为10m/s10m/s，求；离板前缘求；离板前缘50mm,100mm50mm,100mm，150mm150mm，200mm200mm，2
9、50mm250mm，300mm300mm，350mm350mm，400mm400mm处的流动边界处的流动边界层和热边界层的厚度。层和热边界层的厚度。答案解：空气的物性参数按板表面温度和空气温度的平解：空气的物性参数按板表面温度和空气温度的平均值均值30 30 确定。确定。3030时空气的时空气的=16=161010-6-6mm2 2/s,/s,Pr=0.701Pr=0.701。对长为对长为400mm400mm的平板而言：的平板而言：5610 0.32Re2.0 1016 10ulv这一这一ReRe数位于层流范围内，其流动边界层的厚度按式数位于层流范围内，其流动边界层的厚度按式5-195-19计
10、算为：计算为：62/1132216 105.05.010/6.36 100.0636svxmxum smxcmx转下页热边界层的厚度可按式热边界层的厚度可按式5-215-21计算计算331.13Pr0.701t 及及 t t 计算结果示于图计算结果示于图5-115-11返回解：解：先求平板的平均换热系数：先求平板的平均换热系数：1111523320.664RePr0.6642.0 100.701263.7Nu 222.67 10263.722.00.4Wm kWhNumklm平板与空气的换热量为：平板与空气的换热量为：22.0 1 0.324020140.8hA tW 【例【例5-25-2】上例中如平板为】上例中如平板为1m1m，求平板与空气的换热量。，求平板与空气的换热量。
