管强制对流传热计算
对流换热系数经验公式
对流换热系数经验公式流换热系数是热工学中重要的参数之一，用于描述流体与固体之间传热的能力。
在工程实践中，经验公式被广泛应用于估算流换热系数。
这些公式基于大量实验数据和数学模型的结果，可以在不需要复杂计算和精确数据的情况下，快速估算流换热系数。
常见的流换热系数经验公式可以分为两类：表观流换热系数经验公式和基本流换热系数经验公式。
表观流换热系数经验公式是根据表面上特定的物理现象和实验数据建立的。
这种公式主要用于估算被表面积限制而产生强制对流的情况下的流换热系数。
其中最著名的公式是Dittus-Boelter公式。
这个公式适用于流体为与壁面接触时液体或气体的传热，是工程实践中常用的公式之一、Dittus-Boelter公式的形式如下：Nu=0.023*Re^0.8*Pr^0.3其中Nu是表观流换热系数，Re是雷诺数，Pr是普朗特数。
雷诺数是流体动量与粘性之比的无量纲数，普朗特数是冲击与传导传热之比的无量纲数。
这个公式适用于在平直管内被流体完全充满的情况下。
另一个常见的表观流换热系数经验公式是Sieder-Tate公式，用于粗糙管内的对流传热计算。
Sieder-Tate公式的形式如下：Nu=(f/8)*(Re-1000)*Pr/(1+12.7*(f/8)^0.5*(Pr^(2/3)-1))其中f是摩擦系数，由Darcy方程计算，Re是雷诺数，Pr是普朗特数。
这个公式主要用于对流传热比较复杂的状况。
基本流换热系数经验公式是根据流体与固体之间传热机理的基本原理建立的。
这种公式适用于在不同传热条件下的流换热系数估算。
其中最著名的公式是Nu-Prandtl公式和Churchill-Bernstein公式。
Nu-Prandtl公式适用于流体被不同形状物体包围的情况下。
公式的形式如下：Nu=C*Re^m*Pr^n其中Nu是流换热系数，Re是雷诺数，Pr是普朗特数，C、m和n是经验系数。
这个公式的系数可以根据实验数据和数值方法进行拟合获得。
管内强制对流传热膜系数的测定实验报告
管内强制对流传热膜系数的测定实验报告一、实验目的本实验旨在通过实验测定管内强制对流传热膜系数，并掌握传热膜系数的测定方法和技术。
二、实验原理管内强制对流传热是指在管内流体中，由于流体的运动而产生的传热现象。
传热过程中，液体或气体与固体表面接触时，会因为温度差而发生传热。
在强制对流条件下，由于流体的动力作用，会增加固体表面附近的液体或气体的速度，从而增加了固体表面附近的换热系数。
本实验采用垂直放置的管道，在管道内通过水来进行强制对流传热。
通过测量水进出口温度差、水流量以及管道内壁温度差等参数，计算出管内强制对流传热膜系数。
三、实验器材1. 垂直放置的导热试件2. 水泵和水箱3. 流量计和温度计等测试仪器四、实验步骤1. 将导热试件放入垂直放置的试件支架中，并连接好进出水管道。
2. 打开水泵，调整水流量，使其稳定在一定范围内。
3. 测量进口和出口水温，并计算出温度差。
4. 测量导热试件内壁的温度差。
5. 根据测量得到的参数，计算出管内强制对流传热膜系数。
五、实验结果分析通过实验测量和计算，得到了不同条件下的管内强制对流传热膜系数。
根据实验结果可以发现，在相同的流速下，传热系数随着壁温度差的增大而增大。
这是因为在强制对流条件下，液体或气体与固体表面接触时，会因为温度差而发生传热。
当壁温度差增大时，液体或气体与固体表面接触的面积增大，从而增加了换热系数。
六、实验误差分析本实验中可能存在的误差主要来自于以下几个方面：1. 测量仪器误差：如温度计、流量计等仪器精度限制；2. 实验环境误差：如室内温度变化、水泵压力变化等；3. 实验操作误差：如读数不准确、流量控制不稳定等。
七、实验结论本实验通过测量水进出口温度差、水流量以及管道内壁温度差等参数，计算出管内强制对流传热膜系数。
实验结果表明，在相同的流速下，传热系数随着壁温度差的增大而增大。
本实验为管内强制对流传热膜系数的测定提供了一种简单有效的方法和技术。
各种对流换热过程的特征及其计算公式
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。
制药化工原理：强制对流传热系数的测定
t1，t2 —流体进出口温度 C
◆ 以空气为介质的实验及其传热量Q计算中的质
量流量W为:
W 1.293V0
其中：
V0
V T0 P0
P1 P2 T1 T2
来公 源式
式中： V —空气转子流量计在操作状态
下示值 M 3 h
V0—标准状态下气体流量 M 3 h
★ 外套管由五段法兰联接的钢管制成，这 是为了便于安装铠装热电偶。管外包有聚氨 酯泡沫塑料保温。
四、 操作要点
㈠. 在实验开始前，必须掌握UJ—63电位差计的使 用方法。 ㈡. 实验开始时，先通空气。再通加热蒸汽。并打 开放气咀8，待空气排净后再关小，但在整个实验过 程中，它始终微开（以冒少量蒸汽为宜），以便不 凝性气体能连续排除。
V f —转子体 M 3 ；
S f —转子最大部分截面积 M 2 。
★ 列出流量计标定时和使用时的流量:
V1 CR SR
2gVf (f 1 ) Sf 1
及 V2 CR SR
2gVf (f 2 ) Sf 2
因为转子浮升高度相同，S R，V f ， 相
Sf
同可约去孔流系数，C
也可认为不变。对于
R
气体流量计f ， 上式为：
V2 1
V1
2
★对低压气体服从理想气体状态程 PM ，
RT
代入得:
V2 V1
P1 T2 P2 T1
★有时为了工艺计算需要，将V2 换算为标准
状态下流量：
V0
V1
T0 P0
P1 P2 T1 T2
式中： V0 —标准状态下流量；
⒉以空气为被加热介质的实验中，当流量增
大时，管壁温度将发生什么变化？为什么？
6.3内部强制对流
(3) 脱体的位置：取决于Re，即：
Re 10时，不产生脱体 10 Re 1.5 105时，流动是层流，产生 在80～85C Re 1.5 105时，流动是湍流，产生 在140源自左右(4) 外掠单管的当地对流
换热系数的变化
影响外部流动换热的因素， 除了以前各项外，还要考虑 绕流脱体的发生位置
2）若管子出口处的内表面温度为70℃，出口处
的局部对流换热系数多大？
Do 2 Di 2 L 4
Mcp (t "f t 'f )
L 17 .7 m
管壁内的均匀产热提供了均匀的表面热流密度
2 2 Do Di 4 2 q 1.5 10 W / m DiL 4 Di
查空气物性参数
22.87 106 m 2 / s, 0.953kg / m 3 , 0.319 W /(m K )
c p 1.009kJ /(kg K ), 21.8 106 m 2 / s, Pr 0.688
t ' t" t m 152 .2℃ t ' ln t "
非圆形截面的槽道，采用当量直径de作为特征尺度
1）当温度超过以上推荐值时，则可以采用下面任一个公式计算
1给迪图斯-贝尔特关联式加一个修正系数 ct
(a) 气体被加热时：
(b) 气体被冷却时： (c) 液体：
Tf ct T w ct 1
n
0.5
f ct w
(5) 圆管表面平均表面传热系数关联式
13 Nu m C Re n Pr m m t 15.5 ~ 982C t 21 ~ 1046C Valid for : w 0.7 Prm 500 5 0 . 4 Re 4 10 m
自然对流及强制对流及计算实例
自然对流及强制对流及计算实例自然对流和强制对流是流体传热过程中两种常见的方式。
本文将分别介绍自然对流和强制对流的概念及原理，并给出两个计算实例。
一、自然对流自然对流是指在一定温度差的作用下，由于密度差异而产生的流动。
当热源加热后，周围的流体受热膨胀，密度减小，上升；而冷却的流体密度增大，下降。
这种密度差异引起的流动即为自然对流。
自然对流的计算通常基于格拉希霍夫数（Grashof number），其计算公式为：Gr=g×β×(Ts−T∞)×L^3/ν^2其中，g为重力加速度，β为热膨胀系数，Ts为表面温度，T∞为远场流体温度，L为特征长度，ν为流体的运动黏度。
计算实例：假设有一个热源表面温度Ts=100°C，周围流体的温度为T∞=20°C，表面积为A=2m^2，特征长度L=1m，流体的运动黏度为ν=0.01m^2/s，重力加速度g=9.8m/s^2，热膨胀系数β=0.001K^-1、求解此情况下的格拉希霍夫数。
解：Gr=g×β×(Ts−T∞)×L^3/ν^2=9.8×0.001×(100-20)×1^3/0.01^2=7840根据格拉希霍夫数的大小，可以判断自然对流的状况。
当Gr<10^8时，自然对流的影响较小；当10^8<Gr<10^10时，自然对流的影响较大；当Gr>10^10时，自然对流的影响非常显著。
二、强制对流强制对流是通过外部力驱动流体运动，使传热加剧的一种方式。
常见的外部力包括压差、气流、涡流等。
强制对流通常具有较高的传热效率和传热速度。
强制对流的计算通常基于雷诺数（Reynolds number），其计算公式为：Re=ρ×V×L/μ其中，ρ为流体密度，V为流体速度，L为特征长度，μ为流体的黏度。
计算实例：假设有一段液体流经一个直径为0.1m的水管，流速为1m/s，液体密度为1000kg/m^3，液体黏度为0.01kg/ms。
(化工原理)第五节 对流传热系数关联式
Nu=0.26Re0.6Pr0.33
应用范围 Re>3000
特错列征管尺距寸最狭管处外的径距do,离流应速在取(流x1-体do通)和过2每（排t2-管d0 子）中二最者狭之窄中通取小道者处。的速度。 管束排数应为10，若不是10，上述公式的计算结果应乘以下表的系数
流体无相变时的对流传热系数-12
流体有相变时的传热系数-12
二、液体的沸腾
大容积沸腾 管内沸腾
流体有相变时的传热系数-13
1.液体沸腾曲线
气化核心 泡核沸腾 或泡状沸腾 临界点 膜状沸腾
流体有相变时的传热系数-14
2.沸腾传热系数的计算
泡核沸腾传热系数的计算式
α=1.163Z(Δt)2.33 (Eq. Mostinki) 式中 Δt——壁面过热度,℃。
上式应用条件为： pc>3O00KPa, R = 0.01～0.9,q<qc 式中 Z——与操作压强及临界压强有关的参数,W/(m2•℃),其计
算式为：
流体有相变时的传热系数-16
3.影响沸腾传热的因素
（1）液体性质 （2）温度差Δt （3）操作压强 （4）加热壁面
4-5-5 壁温的估算
2.流体在换热器的管间流动
换热器内装有圆缺形挡板时,壳方流体的对流 传热系数的关联式如下：
应用范围 Re =2×1O3～10×105 特征尺寸 当量直径de 定口性温温度度的算除术μ平w均取值壁。温外,均取为液体进、出
流体无相变时的对流传热系数-13
管子为正方形排列 ：
管子为正三角形排列 ：
（2）高粘度的液体
应用范围 Re>10000,0.7<Pr<16700,L/d>60 特征尺寸 取为管内径di 定性温度 除μw取壁温外,均取为液体进、出
对流换热计算实例
计算已定准则 计算公式 计算表面传热系数
Re f
ud
30
102 1.25102 124 106
30.24
Nu f
1.86Re
Pr
1/ f
3
d l
1/
3
f w
0.14
12.585
h Nu f f d
12.585 13.9 102 1.25 102
139.9W/ m2 K
计算出口温度
l
2
散热量
1 hAtw t hdltw t
4.48 3.14 10102 2 50 10 112.5W
水平部分
Grm
gtd 3 2
gtl 3
Tm 2
9.81 50 10 10102 30 273 16 106 2
3
5.059 106
计算公式
Num
0.48Gr
Pr
hdil
tf
5253
41.21103 3.14 28103
1.7
15
67.5℃
从管内壁到管外壁进行的热量传递过程为通过圆筒壁的导 热，所以可以根据圆筒壁导热量计算公式计算管外壁温度
' two twi
1
2l
ln
do di
two
'
1
2l
ln
do di
twi
41.21103 2 3.14181.7
t
" f
44.2℃
• 总加热量为 394.6W
•
定性温度：t f
1 2
t
' f
t
" f
1 10 20 15℃
2
流体无相变时的强制对流传热系数
三、管路的热补偿
管路两端固定，当温度变化较大时，就会 受到拉伸或压缩，严重时可使管子弯曲、 断裂或接头松脱。因此，承受温度变化较 大的管路，要采用热膨胀补偿器。一般温 度变化在32℃以上，便要考虑热补偿，但 管路转弯处有自动补偿的能力，只要两固 定点间两臂的长度足够，便可不用补偿器 。
化工厂中常用的补偿器有凸面式补偿器和 回折管补偿器。
应用范围
L w
Re 2300 , 0.7 Pr 6700 , RePrdi / L 10 特性尺寸 管内径 di 。
定性温度
除 W 取壁温外，均取流体进、出口温度的算术 平均值。
一、流体在管内作强制对流
3.流体在光滑圆形直管中呈过渡流
当 Re 2300 ~ 10000 时，对流传热系数可先 用湍流时的公式计算，然后把算得的结果乘以校 正系数：
化工厂的管路为了便于安装、检修和操作 管理，多数是明线敷设的。管路布置应考 虑到减少基建投资、保证生产操作安全， 便于安装和检修、节约动力消耗，美观整 齐等。
一、流体在管内作强制对流
应用范围
Re 104 , 0.7 Pr 1700 , L / di 60
特性尺寸 管内径 di 。 定性温度
除 W 取壁温外，均取流体进、出口温度的算术 平均值。
w
(
w
)0.14—考虑di 热流方向的校k 正项
w
液体被加热时— w 1.05
液体被冷却时—w 0.95 气体加热或冷却— w 1.0
壁温下 的黏度
二、管路的连接
管路的连接包括管子与管子、管子与各种 管件、阀门及设备接口等处的连接。目前 比较普遍采用的有：承插式连接、螺纹连 接、法兰连接及焊接。
若 L / di 60 ，可将由上式求得的值乘以 [1 (di / L)0.7 ] 进行校正。
管内强制对流传热膜系数的测定
管内强制对流传热膜系数的测定学号：2011XXXXXX 姓名：XXX 专业：食品科学与工程一、实验目的1、测定空气在圆形直管内作强制对流时的传热膜系数α1。
2、把测得的数据整理成N ＝B Re^n 形式的准数方程式，并与教材中相应公式比较。
3、掌握藉助于热电偶测量壁面温度的方法。
二、实验原理1、圆形直管内空气强制对流传热膜系数α1 的测定。
本实验系水、空气在套管换热器中进行强制对流的换热过程。
根据牛顿冷却定律：Q = α1×A1×Δt = α1×A1×（T－Tw) (1)即：α1= Q / ( A1×Δt ) [w/(m^2K)] (2)式中：α1---- 传热系数(有些教材中用符号h)；A1 ---- 换热管内表面积[m^2]；Δt --- 热流体和管壁传热温差[℃]；Q ---- 传热速率[w]，按下式求出：Q = W×Cp×(T1 - T2) [w] (3)式中：Cp ---- 空气的定压热容[J/(Kg×K)]；T1、T2 ---- 空气进出换热管的温度[K]；W ---- 空气的质量流量[Kg/s]。
W ＝C ×Sqrt ( ρ0×( V－V0 ) ) [Kg/s] (4)式中：ρ0 ---- 孔板处空气密度[Kg/m^3]；V、V0 ---- 压力传感器的读数和初读数[mv]；C----孔板流量计的校正系数。
套管换热器在某一风量W 下稳定操作，测得进出换热器的空气及换热管壁的温度等参数后，即可算出一个α1值。
若改变操作风量，即可测得不同的α1值。
2、准数方程式对于空气，管内强制对流传热膜系数的准数方程式，一般表示成：Nu =B×Re^n (5)Re = d×u×ρ/ μ＝d w / ( sμ)Nu = α1×d / λ式中：d ----- 换热管直径[m] ;s ----- 换热管截面积[m^2] ;μ------?定性温度下空气的粘度[Pa s]；λ------ 定性温度下空气的导热系数[W/(m K)]。
管内强制对流换热系数
管内强制对流换热系数管内强制对流换热系数是研究热传导过程中的一个重要参数，它描述了流体在管内的流动状态下传热的能力。
对流换热是指在流体流动过程中，流体与固体表面之间通过传导和对流的方式进行热量交换。
在工程实践中，对流换热系数的准确估算对于设计和优化热交换设备具有重要意义。
对流换热系数的计算涉及到多个因素，如流体的性质、流动速度、管道尺寸和壁面状况等。
常见的计算方法有经验公式法和数值模拟法。
其中经验公式法是根据实验数据和经验总结得出的经验公式，常用于工程实践中。
数值模拟法则通过建立数学模型，运用计算机进行模拟计算，可以更准确地预测对流换热系数。
在对流换热系数的计算中，流体的性质是一个重要因素。
流体的性质包括密度、粘度、导热系数等。
不同的流体具有不同的性质，因此对流换热系数也会有所不同。
例如，水和空气的对流换热系数相对较高，而油和气体的对流换热系数相对较低。
此外，流体的温度和压力也会对对流换热系数产生影响。
流动速度是另一个影响对流换热系数的因素。
通常情况下，流体的流动速度越大，对流换热系数也越大。
这是因为流体在高速流动时，会带走边界层内的热量，从而增加了热传递面积，提高了对流换热系数。
同时，流动速度的增加还会增加流体的湍流程度，湍流对流换热系数要高于层流。
管道尺寸也会对对流换热系数产生影响。
一般来说，管道的直径越大，对流换热系数越大。
这是因为较大的直径可以增加流体的流动空间，使流体与固体表面的接触面积增加，从而增加了热量的传递。
此外，管道的长度也会对对流换热系数产生影响，一般来说，管道长度越长，对流换热系数越小。
壁面状况是另一个影响对流换热系数的因素。
壁面的光滑度和粗糙度会影响流体在管道内的流动状态。
一般来说，光滑的壁面有利于流体的流动，从而增加了对流换热系数。
而粗糙的壁面会增加流体的阻力，使流体的流动变得困难，从而降低了对流换热系数。
总结起来，管内强制对流换热系数是描述流体在管内流动状态下传热能力的重要参数。
如何计算对流传热系数
如何计算对流传热系数要计算对流传热系数，需要考虑以下几个因素：对流形式、流体性质、流动特性、传热表面特性等。
下面将详细介绍如何计算对流传热系数。
1. 对流形式：对流传热的形式一般分为自然对流和强制对流两种。
自然对流是指无外力作用下由温度差引起的流动；强制对流是指外力（如风扇或泵）作用下引起的流动。
对于自然对流，最常用的是格拉斯豪数（Grashof number）和普朗特数（Prandtl number）；对于强制对流，最常用的是雷诺数（Reynolds number）。
2.流体性质：流体的性质如密度、导热系数、比热容等也会影响对流传热系数的计算。
这些性质可以根据实验数据或理论计算来确定。
3.流动特性：流体流动的速度和状态（层流或湍流）也是计算对流传热系数的重要因素。
层流是指流体流动平稳、无涡流、速度分布均匀的状态；湍流则是指流体流动不稳定、呈现涡流、速度分布不均匀。
根据雷诺数的大小，可以确定流动状态，从而计算对流传热系数。
4.传热表面特性：传热表面的形状、粗糙度以及传热界面的温度差等也会影响对流传热系数的计算。
表面形状如管道、板式、球等可以通过具体的传热器件设计参数获得。
表面粗糙度可以通过实验或经验公式获得。
温度差可以通过热传导计算得到。
根据以上几个因素，对流传热系数可以使用以下公式进行计算：对于自然对流：Nu=C*Gr^m*Pr^n其中，Nu为对流传热系数，C为经验系数，Gr为格拉斯豪数，Pr为普朗特数，m和n为根据具体问题确定的常数。
对于强制对流：Nu=C*Re^m*Pr^n其中，Nu为对流传热系数，C为经验系数，Re为雷诺数，Pr为普朗特数，m和n为根据具体问题确定的常数。
经验系数C通常通过实验数据和经验公式进行确定。
格拉斯豪数、雷诺数和普朗特数可以通过流体性质、流动特性和传热表面特性进行计算。
通过实验和模拟计算，可以逐步优化上述公式中的常数，以使计算结果更接近实际情况。
最后，通过上述方法计算得到的对流传热系数是近似值，实际传热过程受到很多因素的影响，因此在具体工程应用中应根据实际情况进行修正。
空气横掠单圆管时强迫对流换热实验
空气横掠单圆管时强迫对流换热实验空气横掠单圆管时强迫对流换热实验空气横掠单圆管时强迫对流换热实验精04 张为昭 2021010591一、实验原理根据相似理论，空气横掠单圆管强迫对流的换热规律可用下列准则关系式来表示：Nu =CRe n （1）式中,努谢尔特准则数Nu 为: Nu =hD /λl （2）雷诺准则数Re 为: Re =uD /v （3）这里，λ为空气的导热系数，v 为空气的运动粘度，是平均温度tm =(tf +tw )/2的函数,其中tw 为管外壁温,tf 为空气温度；D 为实验管的外径,u 为空气的流速。
关键的是对流换热平均表面传热系数h 的确定。
由对流换热平均表面传热系数h 的定义:h =Q a /F (t w −t f )式中,Qa 为管外表面与周围空气之间的对流换热量,管的外表面积F =πDL , L 为横管的有效长度。
考虑到管外表面在与周围空气对流换热同时,与周围环境间存在辐射换热。
即管的实际传出热量为:Q =Q a +Q f =hF (t w −t f ) +εC 0F (T w 4−T f 4) ×10−8 （5）其中,ε为实验管外表面的黑度,黑体辐射系数C 0=5.67Wm −2K −4。
这里, 假定环境温度即空气温度。
因此,横管外表面对流换热平均表面传热系数就可以由下式确定:h =[Q /F −εC 0(T w −T f 4) ×10−8]/(t w −t f ) （6）因此，对给定实验管，通过测量管的实际传出热量Q 、管外壁温tw 、来流空气的温度tf ，就可通过实验确定管外表面与周围空气之间对流换热平均表面传热系数h 。
由式(2)和(3)，通过改变气流速度或实验管直径,就可得到一系列Nu -Re 对应数据。
在数据足够多、Re 变化范围足够大的条件下，就可确定式(1)中的C 和n 的值。
二、实验数据列表u/m/s 3.07Q/w 54.73 54.18 54.55 186.84 201.37 186.22Tf/℃ 18 18 18 16 18 16Tw/℃ 64 69 74 101 118 118h/w /(m 2K )40.72 36.36 33.33 37.00 33.90 30.73Re 3543.73 2988.87 2252.59 8364.28 6543.15 5316.64Nu 29.86 26.47 24.09 52.07 46.70 42.342.63 2.013.973.26 2.63三、实验数据整理做出的Nu-‐Re曲线如下：Nu-‐Re曲线求得：C=0.1617，n=0.6389四、实验结果分析由三可见所求准则方程式与Re=4000~40000时的情况较为接近，但仍有所偏差，产生偏差的原因可能是：有部分Re 值小于4000造成了误差，从曲线图上也可以看出前后间隔较远的两组数据线性度较差；管内存在阻力损失使压力测量有偏差，导致速度测量不准确；速度测量时由于温度偏差带来偏差使雷诺数与理论值不同；加热功率计算未考虑电路损失，计算h 时产生了误差；插值求气体物性时产生了计算误差；实验环境只能近似视为无限大，同时管壁也不是严格的等壁温条件，在tf ，tw 的计算上会产生误差。
自然对流与强制对流及计算实例
天然对流与强迫对流及盘算实例热设计是电子装备开辟中必不成少的环节.本连载从热设计的基本——传热着手,介绍根本的热设计办法.前面介绍的热传导具有清除个别内温差的后果.上篇绍的热对流,则具有下降平均温度的后果.下面就经由过程具体的盘算来分离解释天然对流与强迫对流的情形.起首,天然对流的传热系数可以表述为公式（2）.热流量=天然对传播热系数×物体概况积×（概况温度-流体温度） (2)许多文献中都记录了盘算传热系数的公式,可以把流体的特征值带入公式中进行盘算,可以实用于所有流体.但每次盘算的时刻,都必须代入五个特征值.是以,公式（3）事先代入了空气的特征值,简化了公式.天然对传播热系数h=2 .51C（⊿T/L）0.25（W/m2K） (3)2.51是代入空气的特征值后求得的系数.假如是向水中散热,2.51须要换成水的特征值.公式（3）消失了C.L.⊿T三个参数.C和L从表1中选择.例如,发烧板竖立和横躺时,四周空气的流淌各不雷同.对传播热系数也会随之改变,系数C就负责接收这一差别.代表长度L与C是成对界说的.盘算代表长度的公式因物体外形而异,是以,在盘算的时刻,须要从表1中选择类似的外形.须要留意的是,暗示大小的L位于分母.这就暗示物体越小,对传播热系数越大.⊿T是指公式（2）中的（概况温度-流体温度）.温差变大后,传热系数也会变大.物体与空气之间的温差越大,紧邻物体那部分空气的升温越大.是以,风速加快后,传热系数也会变大.公式（3）叫做“半理论半试验公式”.第二篇中介绍的热传导公式可以或许经由过程求解微分方程的方法求出,但天然对流与气流有关,没有完整实用的理论公式.能树立理论公式的,只有产生的气流较简略的平板垂直放置的情形.因为在这种情形下,理论上的温度鸿沟线的厚度可以盘算出来.但是,假如发烧板程度放置,气流就会变得庞杂,盘算的难度也会增长.这种情形下,就要依据原始的理论公式,经由过程试验求出系数.也就是说,在公式（3）中,理论盘算得出的数值0.25可以直接套用,C的值则要经由过程试验求出.天然对传播热系数无法大幅改变图4：天然对传播热系数无法大幅改变物体沿流淌偏向的尺寸越小,单位面积的散热量越大.天然对流的传热系数随斜率和面的曲率变更,但变更的幅度不大.而强迫空冷可以经由过程进步风速和湍流化,大幅改变传热系数.外形和设置装备摆设对于天然对流的传热系数会产生多大的影响（图4）？举例来说,平面的传热系数h等于2.51×0.56×（（Ts-Ta）/H）0.25,而圆筒面的传热系数h等于2.51×0.55×（（Ts-T<a）/H）0.25.平面为0.56,圆筒面为0.55,不同只有2％阁下,由此可见,平面与圆筒面的传热系数不同不大.这就意味着当发烧板竖直时,下概况的传热才能会越来越差,而上概况的传热才能根本不变.产生竖直后,下概况只受到沿竖直面的向量成分的浮力.也就是说,下概况的浮力变弱.假设垂直时的传热系数为hv,竖直时的传热系数为hθ,物体沿垂直偏向竖直角度θ,此时,下概况的传热系数大致为：hθ=hv.（cosθ）0.25 (4)（θ在0～60度阁下的规模内时公式成立）假如竖直45度,传热系数将缩小8％阁下.由此可知,即使竖直发烧板,传热系数也没有太大变更.但一旦接近程度,传热系数就会急剧下降.经由过程上面的介绍,大家应当已经明确,进步天然对传播热系数其实难度颇大.但物体越小,对传播热系数越大.比方说,我们可以采取把散热器翅片朋分成几个部分的办法.在翅片截断的地方,热鸿沟层将重置,起到阻拦鸿沟层变厚的感化,借此可以进步对传播热系数.但如许做会削减翅片的概况积,总的散热才能依旧变更不大.强迫对传播热系数的简略单纯盘算公式接下来看看强迫对流的传热系数.装配电扇的强迫对流的公式如下. 热流量=强迫对传播热系数×物体概况积×（概况温度-流体温度） (5)强迫对传播热系数的盘算也有许多种公式（图5）.图5：强迫对流热传导的简略单纯盘算公式强迫对流时,盘算热流量应用与强迫对流对应的传热系数.依据流体的流淌是在层流区域照样在湍流区域,盘算应用的传热系数均不合.强迫对流时,一旦进步风速,状况也会在途中随之改变.比方说,即等于在没有风的房间里,喷鼻烟的烟雾也是一开端径直向上,在途中四处飘散.径直向上的地方是层流,飘散的地方是湍流.在层流区,喷鼻烟烟雾中颗粒物是单向流淌.而在湍流区,颗粒物会到处乱飞,跟着时光的推移,烟雾的外形将产生改变.湍流长短定常流,流向会随时光改变.印刷电路板周边的空气也一样,最初为层流,半途改变成湍流.从散热的角度来看,湍流更有利于散热.因为在湍流中,热空气与冷空气将互相混杂,冷空气会得到接近壁面的机遇,加倍轻易传热.也就是说,湍流化可以或许下降温度.尤其是对于低流速和水冷式,湍流化十分有用.但湍流化也会导致流体阻力增大,这回增长电扇和水泵的负荷.强迫形成湍流化的肇端点时,可以采取在流体的通道中设置崛起物（湍流促进器）的方法.在强迫空冷的散热器中,可以看到这种设置崛起的例子（注4）.（注4）天然对流也消失湍流,但在电子产品的热设计中,可以以为根本不消失天然湍流化.但温度达到500～600℃的高温后,因为浮力加强,所以也会消失湍流化.遏制流淌的力与促进流淌的力,二者的均衡决议着湍流的肇端点.遏制流淌的力是粘性力,在壁面邻近的感化较强,而促进流淌的力则是惯性力或浮力.粘性力强,则流淌受到遏制.因为气流之间会互相束缚.例如,在细缝和接近壁面的地方,粘性力较强.同样,翅片与翅片之间的距离越窄,粘性力越强,也就很难产生湍流化.而惯性力由速度产生,只要进步速度,惯性力就会随之增大. 仍以喷鼻烟的烟雾为例,在烟雾开端流淌时,热源上部的空气迟缓上升,产生流淌的区域也十分狭小.但跟着流淌的进行,四周的静止流体也被带动,流淌的区域不竭扩展.是以,粘性力会下降.而在浮力的加快感化下,空气的流速不竭加快.因而产生了湍流化.依据层流和湍流的不合,强迫对流的传热系数公式消失相当大的不同.起首是层流的公式.层流平均传热系数hm=3.86√（V/L） (6)个中参加了空气的特征值,3.86与天然对流公式（3）中的2.51寄义雷同.湍流相干公式是试验性公式,系数和指数都有变更.湍流平均传热系数hm=6×（V/L0.25）0.8 (7)要想简略进行断定的话,无妨把两个系数都盘算出来,选择传热系数大的一方.下面,让我们应用上面介绍的常识,定量研讨对流的散热才能. 【演习1】平板的放置方法与散热才能假设有一块长200mm.宽100mm（疏忽厚度）,温度保持在40℃的平板（图6）,平板的温度平均,并且没有热辐射,下列放置方法的散热才能有多大不同？图6：【演习1】平板的放置方法与散热才能思虑纵长200mm×横宽100mm（疏忽厚度）的平板的升温保持在40K（℃）时,图中3种模式的散热才能.假设平板的温度平均,且没有热辐射.（a）垂直放置（以100mm的短边为高）（b）垂直放置（以200mm的长边为高）（c）程度放置须请求的数值是热流量,相当于散热量,这就必须起首求出传热系数,须要应用公式（3）.（a）和（b）是垂直放置,C值应用平板垂直放置时的数值.因为升温固定在40K（℃）,所以⊿T为40（注5）.至此,所稀有值已经完好,可以盘算出传热系数.（注5）温度必须要多次盘算,比较麻烦.假如不知道温度,就求不出传热系数,是以,最初先假设温度为30℃,盘算出h.把成果代入公式进行盘算,得到的温度一般不等于30℃,此时要应用得出的数值从新盘算.经由重复盘算,逐渐逼近精确数值.（a）以100mm的短边为高的垂直平板传热系数 h概况积S=0.1×0.2×2=0.04m2散热量W=0.04×6.29×40=10.1W（b）以200mm的长边为高的垂直平板传热系数 h=概况积S=0.1×0.2×2=0.04m2散热量W=0.04×5.29×40=8.5W由上述盘算可知,（b）的散热量比（a）低15％阁下.但盘算的前提是平板的温度完整平均,也就是导热系数无穷大,假如是印刷电路板,散热量上的不同还会更大.倘使导热才能差,平板上侧与下侧之间将会消失温差.纵向放置的话,上侧与下侧的温差会更大,最高温度将消失相当大的不同.程度放置时,平板上侧与下侧的传热系数不合,盘算比较庞杂.上侧的C值为0.52,下侧为0.26,刚好是上侧的一半.是以,下侧的散热量也是上侧的一半.这种情形须要分离盘算上侧和下侧的散热量,然后相加.（c）程度放置平板代表长度 L=（0.1×0.2×2）/（0.1＋0.2）=0.133m上概况对传播热系数 h=5.43 W/m2K上概况概况积S=0.1×0.2=0.02m2上概况散热量W=0.02×5.43×40=4.34W下概况对传播热系数 h=2.72 W/m2K下概况概况积S=0.1×0.2=0.02m2下概况散热量W=0.02×2.72×40=2.17W总散热量 W=4.34＋2.17=6.51W这采取的是热盘算中经常应用的盘算每个面的发烧量,然后相加的办法.【演习2】大空间产生热对流,小空间产生热传导接下来看一下在200mm×200mm×20mm的平整机壳中装配180mm×180mm×1mm的电路板（发烧功率5W）的情形（图7）. 图7：【演习2】空间大为热对流,空间小为热传导思虑在尺寸为200mm×200mm×20mm的机壳内装配180mm×180mm×1mm的印刷电路板（发烧功率为5W）时,图中3种情形下的散热才能.假设没有热辐射.大家可以将其算作是加热器.关于电路板的装配地位,下面哪种是精确的？别的,这里假设热辐射可以疏忽.（a）电路板设置在上部（距离机壳顶面1mm）时温度最低（b）电路板设置在中部（距离机壳顶面7.5mm）时温度最低（c）电路板设置鄙人部（距离机壳顶面15mm）时温度最低这个标题中有一点要留意,那就是空间狭小.空气无法流淌时,产生的是热传导,空间够大时产生的是热对流.划分的界线值随状况和发烧量而变,大致为几毫米.假如小于该界线值,空气将无法流淌,大于该界线值空气就可以流淌.定性地来说,只要距离足够,空气就能轮回,从而带走热能,使部件释放的热传到机壳顶面并发散出去,由此起到降温的感化.上面提到,当距离很小时产生的是热传导.热传导的热阻等于空气层的厚度/（传热面积×空气的导热系数）,是以（a）的情形下, 热阻（1mm）=0.001/（0.18×0.18×0.03）=1.03K/W;（b）的情形下,热阻（7.5㎜）=0.0075/（0.18×0.18×0.03）=7.7K/W,比（a）的热阻大许多.而在（c）的情形下,距离达到15mm,可以以为能充分产生对流.此时,对流的热阻增长到两个（电路板概况→空气,空气→机壳顶面）.按照传热系数为10W/m2K盘算,电路板到空气的对流热阻=1/（电路板概况积×天然对传播热系数（程度））空气到机壳的对流热阻=1/（机壳概况积×天然对传播热系数（程度））热阻（15mm）=1/（0.18×0.18×10）＋1/（0.2×0.2×10）由此可知,（a）的情形下热阻最小.温度最低.估量（b）的温度最高,原因是根本没有产生流淌.传热系数单靠手工盘算很可贵到精确成果,是以,笔者试着应用热流体解析模仿进行周详盘算,得到了这三种情形下电路板的温度.成果为,当情形温度为35℃时,（a）距离1mm时,电路板温度为56℃（b）距离7.5mm时,电路板温度为72.5℃（c）距离15mm时,电路板温度为59.6℃这就意味着必须要防止温度最高的（b）的情形.5～7mm阁下的距离难以产生对流,进行热传导时消失空气层过厚的问题,很难散热,是最好要避开的距离.装配部件的时刻很轻易产生这么大的裂缝,在这种情形下,无妨直接让电路板与机壳接触,经由过程热传导散热.。
自然对流及强制对流及计算实例
自然对流与强制对流及计算实例热设计是电子设备开发中必不可少的环节。
本连载从热设计的根底——传热着手，介绍根本的热设计方法。
前面介绍的热传导具有消除个体内温差的效果。
上篇绍的热对流，那么具有降低平均温度的效果。
下面就通过具体的计算来分别说明自然对流与强制对流的情况。
首先，自然对流的传热系数可以表述为公式〔2〕。
热流量=自然对流传热系数×物体外表积×〔外表温度-流体温度〕 (2)很多文献中都记载了计算传热系数的公式，可以把流体的特性值带入公式中进展计算，可以适用于所有流体。
但每次计算的时候，都必须代入五个特性值。
因此，公式〔3〕事先代入了空气的特性值，简化了公式。
自然对流传热系数h=2 .51C〔⊿T/L〕0.25〔W/m2K〕 (3)2.51是代入空气的特性值后求得的系数。
如果是向水中散热，2.51需要换成水的特性值。
公式〔3〕出现了C、L、⊿T三个参数。
C和L从表1中选择。
例如，发热板竖立和横躺时，周围空气的流动各不一样。
对流传热系数也会随之改变，系数C 就负责吸收这一差异。
代表长度L与C是成对定义的。
计算代表长度的公式因物体形状而异，因此，在计算的时候，需要从表1中选择相似的形状。
需要注意的是，表示大小的L位于分母。
这就表示物体越小，对流传热系数越大。
⊿T是指公式〔2〕中的〔外表温度-流体温度〕。
温差变大后，传热系数也会变大。
物体与空气之间的温差越大，紧邻物体那局部空气的升温越大。
因此，风速加快后，传热系数也会变大。
公式〔3〕叫做“半理论半实验公式〞。
第二篇中介绍的热传导公式能够通过求解微分方程的方式求出，但自然对流与气流有关，没有完全适用的理论公式。
能建立理论公式的，只有产生的气流较简单的平板垂直放置的情况。
因为在这种情况下，理论上的温度边界限的厚度可以计算出来。
但是，如果发热板水平放置，气流就会变得复杂，计算的难度也会增加。
这种情况下，就要根据原始的理论公式，通过实验求出系数。
强迫对流表面传热系数的测定_
实验三强迫对流表面传热系数的测定一、实验目的1. 了解实验装置，熟悉空气流速及管壁温度的测量方法，掌握测试仪器、仪表的使用方法。
2. 测定空气横掠单管时的表面传热系数，掌握将实验数据整理成准则方程式的方法。
3. 通过对实验数据的综合整理，掌握强迫对流换热实验数据的处理及误差分析方法。
二、实验原理根据牛顿冷却公式，壁面平均传热系数为:式中：tw—管壁平均温度，Ctf—流体的平均温度，cF —管壁的换热面积，mQ—对流换热量，W由相似原理，流体受迫外掠物体时的放热系数与流速物体几何形状及尺寸物性参数间的关系可用准则方程式描述：Nu 二f (Re, Pr)研究表明，流体横向冲刷单管表面时，准则关联式可整理成指数形式：Nu^CRe m Pr mm下标m表示用空气膜平均温度作特征温度t m=0・5(t w t f)又有特征数准则方程:Nu—努塞尔(Nusself ) 准则hdNu :udRe—雷诺(Reyn olds)准则数Re =VPr—普朗特(Prandtl )准则数Pr Vah —表面传热系数w/(m2• k)d—定性尺寸，取管外径m丸—流体导热系数w/(m )a ―流体导温系数m2/sV —流体运动粘度m2/su —流体运动速度m/s实验中流体为空气，因而，Pr = 0.7，准则式可简化成Nu =CRe n 本实验要测定空气横向掠过单管表面时的表面传热系数h，我们通过测定流速，温度及物性参数的值来确定c,n的值，便可求得平均换热系数h。
因此，我们首先使流速一定，测定电流、电压、管壁温度、空气来流温度值, 查出物性参数’、：、a的值，计算出u, d的值得到一组数据后，可计算出一组Nu，Re的值，通过改变流速来改变Re值，重复测量便可得到一系列数据, 在以Nu、Re为纵、横坐标的双对数坐标系中描点，并用光滑的曲线连接各测点可得到一直线，直线方程如下形式：Ig Nu = lg C nig ReIgC为截距，n 为斜率，从而可确定c,n 的值，知道c,n 的值后，由准则式:Nu =C Re n可求出表面传热系数h三、实验设备实验本体为一立式鼓风式风洞，仪器有：离心风机，直流电源，毕托管，微 差压变送器，直流电位差计，试件（表面镀铬），水银温度计及热电偶等。
管内强制对流传热
解：冷却水的平均温度为
tf
1 15
2
65
40 C
可查得水的物性参数为：
f
0.635
W/(m·K)， f
0.659
10 6m2/s，
Prf 4.31
圆 管 内 对 流 传 热 问 题 ， 流 速 1m/s ， 内 径 10mm ， 管 长
3m，水的进、出口温度分别为15℃和65℃。计算管内
的表面传热系数。
Re f
ud
f
1 0.01 0.659106
1.52 104
10 4 为湍流
l/d=3/0.01>60
选用迪图斯-贝尔特关联式
Nu
0.023
Re
0.8 f
Prf0.4
Nu 0.023 1.52104 0.8 4.310.4 91.4
h f Nu 0.63591.4 = 5804W/(m2·K)
适用的参数范围：
n
0 .4 0.3
(tw tf ) (tw tf )
Ref
104 ;
0.7
Prf
160 ;
l d
60长直管
对于弯管
由于管道弯曲改变了流体的流动 方向，离心力的作用会在流体内产生 如图所示的二次环流，结果增加了扰 动，使对流换热得到强化。
对于气体： 对于液体：
d cR 11.77 R
换热的充分 发展段
3. 强制对流传热特征数关联式
Nu f (Re,Pr)
努赛尔数 Nu hl 雷诺数 Re ul
普朗特数 Pr
a
其中:
确定流体物性参数（λ、ν、Pr 等）的温度称为定性温度；
l 称为特征尺度（或特征尺寸）；
5.3.44.3.4管外强制对流传热
适用范围：
5000 Re 70000
定性温度：tm
t1
t2 2
特征尺寸：管的外径do
x1 1.2 ~ 5, x2 1.2 ~ 5
d
d
流速取流体通过每排管子中最狭窄通道处的速度。
2
管外强制对流传热
2. 流体横向流过管束（P193） 整个管束上的平均对流传热系数可由下式计算
n
n
i Ai
管外强制对流传热
（1）流体在管外强制对流的方式，分为单管和管束两种情况。工业换热 器中多为管束。
（2）管束排列又分直列和错列，如图所示。通常错列管束的对流传热 系数大于直列式。
1
管外强制对流传热
1. 流体横向流过单管（P193）
处处不同，需平均。
2. 流体横向流过管束（P193）
Nu Cn Ren Pr0.4
A sD(1 do ) t
其中s为两相邻折流挡板之间的距离，D为换热器壳体的内径。
5
Ai
i 1
i 1
i =1，…，n
式中i为第i排管子的平均对流传热系数，Ai为第i排管子的总传热面积。
上述公式的C、n和n，参照课本表5-3的数据。
3
管外强制对流传热
3. 流体在管壳间的对流传热系数
对于装有弓形折流挡板的列管式换热器，可以采用以下关联式计 算管壳间的对流传热系数
Nu
de 0Βιβλιοθήκη 36Re0.55Pr1
/
3
w
0.14
适用范围： Re=2×103～106
定性温度：
tm
t1
t2 2
特征尺寸：当量直径de
4
管外强制对流传热
3. 流体在管壳间的对流传热系数
强制对流换热准数方程
强制对流换热准数方程强制对流换热准数方程是用来描述在强制对流换热过程中热量传递的效率的一个方程。
在热力学中，对流是指流体在流动过程中通过传导和对流的方式来完成热量传递的过程。
对流换热准数方程是对这个过程进行数学建模的工具。
强制对流换热准数方程可以用来计算在流体流动过程中热量传递的速率。
在实际应用中，我们常常需要知道在给定的流速、温度差和流体性质条件下，热量传递的效率如何。
这时，我们就可以利用强制对流换热准数方程来进行计算。
强制对流换热准数方程的一般形式如下：Nu = C * (Re^m) * (Pr^n)其中，Nu是对流换热准数，Re是雷诺数，Pr是普朗特数，C、m和n是与具体流体和流动条件相关的常数。
雷诺数是描述流体流动性质的一个参数，它与流体的流速、流道尺寸和流动性质有关。
普朗特数是描述流体传热性质的一个参数，它与流体的热导率、比热容和粘度有关。
通过测量这两个参数，我们可以利用强制对流换热准数方程来计算热量传递的效率。
强制对流换热准数方程的应用范围非常广泛。
在工程领域中，它被广泛应用于热交换器、换热器、冷却塔、管道和空气调节系统等设备的设计和优化中。
在科学研究领域中，它被用来研究流体流动和热传递的基本规律，以及改进流体流动和热传递性能的方法。
强制对流换热准数方程的使用需要注意一些问题。
首先，准数方程中的常数C、m和n是通过实验确定的，它们的值会随着流体和流动条件的变化而变化。
因此，在应用准数方程时，需要根据具体的流体和流动条件选择合适的常数值。
其次，准数方程是基于一些假设和简化，因此在特殊情况下可能会存在误差。
在实际应用中，需要根据具体情况对准数方程进行修正和改进。
强制对流换热准数方程的研究和应用对于提高能源利用效率、改善工程设备性能具有重要意义。
通过深入研究流体流动和热传递的规律，我们可以设计出更加高效、可靠和节能的热交换设备。
同时，准确计算热量传递的效率也有助于优化工业生产过程，提高生产效率和产品质量。
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管内强制对流传热
对于流体在圆形直管内作强制对流传热时，研究表明，Nu数与Pr数和Re数之间存在如图4-18所示的关系。
由图可见，管内强制对流存在三个不同的区域：当Re<2300 时，流体的流动为层流状态，当
Re>10000时，流体的流动为旺盛湍流状态，一般认为2300<Re<10000区域得流动为过渡状态，在三个区域内流体的对流传热规律不同。
对于湍流状态的对流传热规律是较容易关联的，过渡状态的对流传热很难关联成一个准确的计算式，而层流状态的强制对流还与自然对流有关，即与Gr数有关。
由于强制对流的流体流动中存在温度差异，必将同时引起附加的自然对流。
当雷诺数较大时，自然对流的影响很小，可以忽略不计。
一般认为时，就可忽略自然对流的影响；当时，则按单纯自然对流处理，介于其间的情况称为混合对流传热。
应当指出，图4-18的对流传热规律是在流动充分发展的情况下的结论。
从第一章可知，当流体由大空间流入一圆管时，流动边界层有一个从零开始增长直到汇合于圆管中心线的过程。
类似地，当流体与管壁之间有热交换时，管内壁上的热边界层也有一个从零开始增长直到汇合于圆管中心线的过程。
通常将流动边界层及热边界层汇合于圆管中心线后的流体流动或对流传热称为已经充分发展的流动或对流传热，从进口到充分发展段之间的区域则称为入口段。
入口段的热边界层较薄，局部对流传热系数比充分发展段的高，随着入口的深入，对流传热系数逐渐降低。
如果边界层中出现湍流，则因湍流的扰动和混合作用会使局部
对流传热系数有所提高，再逐渐趋向一定值，上述规律如图4-19所示。
图中为远离入口段得局部对流传热系数渐进值。
对于管内强制对流，实验表明，热入口段的长度lt与管内径d之间存在以下关系
层流时
管壁上温度恒定（4-71a）
管壁上热通量恒定（4-71b）
湍流时
（或40～60）（4-72）
通常，工程上的对流传热主要讨论全管长上的平均对流传热系数。
当热入口段的长度远小于管长时，入口段的传热对全管长的传热影响可以忽略，总的平均对流传热系数与充分发展条件下的局部对流传热系数非常吻合。
当入口段的影响不能忽略时，则应引入管径与管长的比值加以修正。
下面将针对不同情况下流体在管内作强制对流传热时的实验关联式分别进行讨论。
一、流体在圆形直管内作湍流时的对流传热系数
由于流体呈湍流时有利于传热，故工业上一般使对流传热过程在湍流条件下进行。
实用上使用最广的关联式是迪图斯-贝尔特公式，即
或（4-73）式中，当流体被加热时，n=；当流体被冷却时，n=。
上式适用于流体与管壁温差不大的场合，对于气体，其温差不超过50℃；对于水，其温差不大于20℃～30℃；对于粘度随温度变化较大的油类其值不超
过10℃。
上式适用的条件为：Re=×104～×105，Pr=～120, 管长与管内径之比。
所采用的特征长度为管内径d，定性温度则为流体的平均温度（即管道进、出口截面平均温度的算术平均值）。
例4-3
常压下
,空气在内径为25mm，长3m的圆形直管内流动，温度由5℃加热至15℃。
若空气的流速为12m/s，试求空气与管内壁之间的对流传热系数。
解定性温度为（
5+15）/2=10℃，根据定性温度和压力，查取空气的物性为
先计算雷诺数
由上述计算可知，可以应用式（4-73）计算空气与管壁之间的对流传热系数，并取n=
对流传热系数为
显然，当流体在管内作对流传热时，管截面上各点的流体温
度不同，就会引起流体粘性的变化，从而导致速度分布的变化。
这种变化在流体被加热或被冷却时情况不同，图4-20示出速度分
布的这种差别。
当液体被冷却时，由于液体的粘度随温度降低而
增大，因而近壁处液体的粘度较管中心处的大，与等温流动相
比，近壁处流体温度低，粘度大，流速小，而在管中心处流体的
温高，粘度小，流速大，当液体被加热时，情况恰好相反。
至于
气体，由于气体的粘度随温度升高而增大，气体的速度分布变化
正好与液体的情况相反。
总之，流体被加热或被冷却时的速度分
布不同于等温流动，这种变化将引起近壁处流体的温度梯度的变
化和湍流时层流底层厚度的变化，从而导致了对流传热系数的变
化。
因此，当液体被加热或气体被冷却时的对流传热系数比液体
被冷却或气体被加热时大。
对于粘度较大的流体，这种影响更为
明显。
为了补偿管内温度分布不均匀对对流传热的影响，在实用
计算中，通常是在所
采用的关联式中引入或来修正非均匀温度对对流传热系数的影响。
当温差超过推荐的温差范围时或对于粘度较高的液体，由于管壁温度与流体的主体温度不同而引起壁面附近与流体主体处粘度相差较大，如果采用迪图斯-贝尔特公式，则计算的误差较大，因此可以采用齐德-泰特公式进行计算
（4-74）
式中的特征长度为管内径d，定性温度为流体的平均温度，mw表示是以管壁温度选取的流体粘度。
上式的实验验证范围为：，Pr=～16700, 管长与管内径之比。
由于管壁温度的引入使计算过程变得烦琐，因而在工程计算中常近似为：
当液体被加热时，取；当液体被冷却时取。
对于短管（管长与管径之比）内的强制对流传热，由于其全部或绝大部分的管段处于热边界层尚未充分发展的入口段。
因此，在计算对流传热系数时应进行入口效应的修正，即
（4-75）
式中a为采用式（4-73）或式（4-74）计算的对流传热系数，a'为流体流经短管的平均对流传热系数。
二、流体在圆形直管内呈过渡流时的对流传热系数
管内流动处于过渡流状态时，即在2300<Re<104的范围内，其传热情况比较复杂。
在此情况下的对流传热系数可先用湍流时的经验关联式计算，然后将计算所得到的对流传热系数再乘以小于1的修正系数，即
（4-76）
式中a为采用湍流时的经验关联式计算的对流传热系数，a'为过渡流状态下的对流传热系数。
还可以采用格尼林斯基公式计算，该式既适用于过渡流状态也适用于湍流状态[1]：
（4-77）
式中
对于液体
对于气体
式中以流体平均温度作为定性温度，下标w表示以壁面温度为定性温度，T的单位为K。
关联式的应用范围为：Re=2300～106，Pr=～105。
注意，格尼林斯基公式中已包含了入口效应的修正系数，在应用于短管的计算时不需要再乘入口修正系数。
三、流体在圆形直管内作层流时的对流传热系数
流体在圆形直管中作层流强制对流传热的情况比较复杂，因为附加的自然对流往往会影响层流对流传热。
只有在小管径，且流体与管壁的温度差别不大的情况下，即时，自然对流的影响才能忽略。
在工程实际中，可采用下述经验关联式计算
（4-78）式中，除了mw以外，定性温度均取流体的平均温度，特征长度为管内径d。
适用范围为：Re<2300，
Pr=～16700，，且管壁处于均匀壁温。
当时，可按式（4-78）计算出对流传热系数，然后再乘以修正系数得到
（4-79）
流体作层流时的对流传热系数关联式有多种不同的形式，但到目前为止还不成熟，计算误差较大。
例4-4在内径为50mm，长3m的圆形直管内，5℃的水以50kg/h的流量流过，管内壁的温度为90℃，水的出口温度为35℃。
试计算水与管内壁之间的对流传热系数。
解管内水的定性温度为（5+35）/2=20℃，根据定性温度，查取水的物性为
，，
由管内壁的温度可得，
由题设可得，kg/（m2·s）
则
从而可应用式（4-78）计算水与管壁之间的对流传热系数
对流传热系数为
四、流体在圆形弯管内的流动
由于弯管内的流体在流动中连续地改变方向，因此在管内的截面上会因离心力引起
二次环流，从而加剧了扰动，强化了对流传热，如图4-21所示。
对于流体在弯管内
的对流传热计算，可先按圆形直管的经验关联式计算对流传热系数a，然后再乘以大
于1的修正系数，即可得在弯管中的对流传热系数a'，即
，式中R为弯管轴的曲率半径。
五、流体在非圆形管内的流动
对于流体在非圆形管内的对流传热系数计算，上述有关的经验关联式均可以应用，只是需将经验关联式中的特征长度由圆管内径d改为流通截面的当量直径de即可。
但这种计算方法只是一种近似计算流体对流传热系数的方法，计算精度较差。
因此，对于一些常用的非圆形管道，宜采用根据实验得到的关联式。
如套管环隙内的对流传热关联式为
（4-81）
上式的定性温度为流体的平均温度，适用范围为：Re=12000～220000，。
式中d1和d2分别为内管外径和外管内径，de=d2-d1为套管环隙中流通截面的当量直径。