4.3_对流传热解析

（4）若管子本身半径大于rc , 对于绝热层, r0 ↑, Q ↓
获得的主要方法：
理论分析法 解析求解、数值求解 实验法： 半理论半经验方法，是目前的主要方法。
教材中P221，表4-5，请比较空气和水 强制对流下的对流传热系数
4.3.2 对流传热机理简介
对流传热的分析
对流传热是层流内层的导热 和湍流主体对流传热的统称。 流体沿固体壁面流动时，无
论流动主体湍动的多么激烈，
流体有相变的对流传热
强 制 对 流 传 热
自 然 对 流 传 热
蒸 汽 冷 凝
液 体 沸 腾
4.3.1 对流传热速率方程 和对流传热系数 工业生产中大量遇到的流体在固体表面时与该表面 所发生的热量交换。这一过程称为对流传热。
W1，T1
W2 ， t 1 dS
T2
t2
推动力 对于传递过程，总是有： 传递速率 阻力
4.3
对流传热概述
4.3 对流传热概述
一、对流传热速率方程 二、对流传热机理 三、保温层的临界直径
对流传热
冷热两个流体通过金属壁面进行热量 交换时，由流体将热量传给壁面或者由 壁面将热量传给流体的过程称为对流传 热（或给热）。
根据流体在传热过程中的状态, 对流传热可分为两类:
流体无相变的对流传热
滞流内层： 明显的温度梯度
以热传导为主
缓冲层： 热传导与对流均起作用， 温度连续变化
一般将流动流体中存在温度梯
度的区域称为温度边界层，亦 称热边界层。
对流传热的总结：
（1）热对流总是伴随着热传导； （2）层流时，相邻流体层内无宏观运动， 故在垂直于流动的方向上只有热传导；
（3）湍流时，层流内层构成了传热的主要阻力。
4.3.3 保温层的临界直径
l
r1 t1 r0
t Q R1 R2
t r0 1 1 ln 2πLl r1 2πr0 L
讨论:
（1）半径r0 rc 细管加绝热层，保温层厚度增加时，总热阻减 小，散热量增大——散热过程，比如电线 （2）当绝缘层厚度增大到r0= rc 时，总热组最小，散热量最大 （3）当绝缘层厚度r0 rc， r0 ↑, R↑，散热量↓ —— 保温过程， 绝热层越厚越有绝热作用
传热推动力(温度差t) 传热速率Q 传热热阻R
dQ T TW q (T Tw ) 1 dS
(4-23) , P220 ☆ 牛顿冷却 定律 / 对流传热速率方程
Q ―对流传热速率, W
பைடு நூலகம்
S ―传热面积, m2
T ―热流体的平均温度, º C TW ―壁面温度, º C ―对流传热系数, W/(m2·º C)
dQ T TW q (T Tw ) 1 dS
假定整个传热面上温度均一，对流传热系 数均一（工程计算上都用平均值），则有：
总传热面积 流体与壁面间的温度 差的平均值
t （4-24）： Q St 1 平均对流传热系数 S
对流传热热阻
牛顿冷却定律： Q S T Tw
靠近管壁处总存在着一层层 流内层。 热量只能以热传导方式通过层流内层。虽然层流内层的厚度很 薄，但导热的热阻值却很大，因此层流内层产生较大的温度差。 另一方面，在湍流主体中，由于对流使流体混合剧烈，热量 十分迅速的传递，因此湍流主体中的温度差极小。
对流传热的温度分布
湍流主体：
温度均一以对流传热为主