换热系数大自然对流
自然对流
t t t w t
u0——任意选择的参考速度
U U gtl 1 2U U V 2 X Y u0 Re Y 2 hx x U V Nu x ( ) w, x 0 Y X Y
1 2 U V X Y Re0 Pr Y 2
u u 2u u v g (t t ) 2 y y x
பைடு நூலகம்
u u 2u u v g (t t ) 2 y y x
无量纲温度：
其他无量纲：
x y u v X ;Y ; U ; V l l u0 u0
2 gtl Gr 2 u0l 2 u 02 Re 0 ( ) gtl 3 Gr 格拉晓夫数(Grashof number) 2 Gr：浮升力与粘性力的相对大小。Gr越大，浮升力的相对作 用越大，自然对流越强 U U Gr 1 2U U V 2 X Y Re Re Y 2
6.3 自然对流
Natural Convection Heat Transfer
一、概述
静止的流体，与不同温度的 固体壁面相接触，热边界层 内、外的密度差形成浮升力 （或沉降力）
f B ( f ) g gt
导致流动
固体壁面与流体的温差是 自然对流的根本原因
层流：GrPr<108 湍流：GrPr>1010 过渡区： 108<GrPr<1010 自模化现象： 在常壁温或常热流边 界条件下，达到旺盛 紊流时，hx将保持不 变，与壁面高度无关
3 2 Pr Nu x 4 5(1 2 Pr1/ 2 2 Pr) hx x
1/ 4
(Grx Pr)1/ 4
对流换热公式汇总与分析..
对流换热公式汇总与分析【摘要】流体与固体壁直接接触时所发生的热量传递过程，称为对流换热，它已不是基本传热方式。
本文尝试对对流换热进行简单分类并对无相变对流换热公式简单汇总与分析。
【关键词】对流换热 类型 公式 适用范围对流换热的基本计算形式——牛顿冷却公式：)(f w t t h q -= )/(2m W或2Am 上热流量 )(f w t t h -=Φ )(W上式中表面传热系数h 最为关键，表面传热系数是众多因素的函数，即),,,,,,,,(l c t t u f h p f w μαρλ=综上所述，由于影响对流换热的因素很多，因此对流换热的分析与计算将分类进行，本文所涉及的典型换热类型如表1所示。
表1典型换热类型1. 受迫对流换热 1.1 内部流动1.1.1 圆管内受迫对流换热 (1)层流换热公式西德和塔特提出的常壁温层流换热关联式为14.03/13/13/1)()(PrRe86.1wf fff l d Nu μμ= 或写成 14.03/1)()(86.1w f f f l d Pe Nu μμ=式中引用了几何参数准则ld，以考虑进口段的影响。
适用范围：16700Pr 48.0<<，75.9)(0044.0<<wfμμ。
定性温度取全管长流体的平均温度，定性尺寸为管内径d 。
如果管子较长，以致2])()Pr [(Re 14.03/1≤⋅wf l dμμ则f Nu 可作为常数处理，采用下式计算表面传热系数。
常物性流体在热充分发展段的Nu 是)(66.3)(36.4const t Nu const q Nu w f f ====(2)过渡流换热公式对于气体，5.1Pr 6.0<<f ，5.15.0<<wf T T ，410Re 2300<<f 。
45.03/24.08.0)]()(1[Pr )100(Re 0214.0wf f f f T T l dNu +-=对于液体，500Pr 5.1<<f ，20Pr Pr 05.0<<wf ，410Re 2300<<f 。
传热学三大基本公式
传热学三大基本公式Nu = 2+0.6(Re^1/2)(Pr^1/3) 。
F=Q/kK*△tm F 是换热器的有效换热面积。
Q 是总的换热量。
k 是污垢系数一般取0.8-0.9K。
是传热系数。
△tm 是对数平均温差。
传热学三种传热方式可以分开学。
传热学相较于理论力学，工程热力学，流体力学而言还是比较简单的，一般大学生掌握了高等数学完全可以自学的。
学习传热学必须有耐心，了解几种换热方式和常见的几个常数公式（努谢尔特数、格拉晓夫数、伯努利常数，傅里叶常数，而且常常推导下几个常用常数公式间的关系，你会惊奇地发现他们其实不少是远亲的），其实解决传热学问题绝大多数都是在和导热系数较劲，有时候是直接涉及。
扩展资料：在热对流方面，英国科学家牛顿于1701年在估算烧红铁棒的温度时，提出了被后人称为牛顿冷却定律的数学表达式，不过它并没有揭示出对流换热的机理。
传热学作为学科形成于19世纪。
1804年，法国物理学家毕奥在热传导方面得出的平壁导热实验结果是导热定律的最早表述。
稍后，法国的傅里叶运用数理方法，更准确地把它表述为后来称为傅里叶定律的微分形式。
1860年，基尔霍夫通过人造空腔模拟绝对黑体，论证了在相同温度下以黑体的辐射率(黑度)为最大，并指出物体的辐射率与同温度下该物体的吸收率相等，被后人称为基尔霍夫定律。
传热的三种方式：热的传递是由于物体内部或物体之间的温度差引起的。
若无外功输入，根据热力学第二定律，热量总是自动地从温度高的地方传递至温度较低的地方。
热能的传递有三种基本方式：热传导、热对流、热辐射，下面分别介绍这三种传热方式（一）热传导物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子，原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热能传递成为热传导。
热传导的基本计算公式是傅立叶定律：在单位时间内热传导方式传递的热量与垂直于热流的截面积成正比，与温度梯度成正比，负号表示导热方向与温度梯度方向相反。
其中Q表示热流率，单位为W; dT/dx为温度梯度，单位为°C/m ;A为导热面积，单位为m2；λ为材料的导热系数，又称热导率，单位为W/(m°C) ，也可以为W/(mK) 。
传热学 西交大考试题库及答案
单选题1、()是在相同温度条件下辐射能力最强的物体。
2、不稳态导热采用有限差分方法求解温度场,关于差分方程,下列说法错误的是()。
3、常物性流体管內受迫流动,沿管长流体的平均温度,在常热流边界条件下呈()变化,在常壁温边界条件下呈()规律变化。
4、单纯的导热发生在()中。
5、单位时间内离开单位表面积的总辐射能为该表面的()6、当导热过程在两个直接接触的固体表面之间迸行,为了减少接触热阻,下列做法错误的是()7、当通过回体壁面传热时,采用加肋增强传热,说法正确的是()。
8、冬天时节,棉被经过白天晾晒,晚上人盖着感觉暖和,是因为()。
9、管内受迫对流换热,当管内流速增加一倍时,表面传热系数增加比例最大的是()10、绝大多数情况卜强制对流时的对流换热系数()自然对流。
11、空间辐射热阻与()无关12、流体分别在较长的粗管和细管內作强制紊流对流换热,如果流速等条件相同,则()13、流体外掠光管束换热时,第一排管子的平均表面传热系数与后排管子平均表面传热系数相比,第一排管子的平均表面传热系数()。
14、暖气片外壁与周围空气之间的换热过程为()。
15、普朗特准则P〉1时,则()16、热传递的三种基本方式为()17、若换热器中,一侧流体为冷凝过程(相变),另一侧为单相流体,下列说法正确的是()18、同一流体以同一流速分别进行下列情况对流换热,表面传热系数最大的是()19、温度对辐射换热的影响()温度对对流换热的影响。
20、稳态导热是指()。
21、无限空间自然对流,在常壁温或常热流边界条件下,当流态达到旺盛紊流时,沿程表面传热系数将()22、物性参数为常数的一国柱导线,通过的电流均匀发热,导线与空气间的表面传热系数为定值,建立导线的导热微分方程采用()。
23、下列材料中导热系数最大的是()。
24、下列工质的普朗特数最小的是(25、下列哪个准则数反映了流体物性对对流换热的影响?()26、下列哪种设备不属于间壁式换热器?()27、下列哪种物质中不可能产生热对流()28、下列说法错误的是()29、夏季,有一锅热稀饭,为使稀饭凉的更快一些,()可以使稀饭凉得最快30、削弱辐射换热的有效方法是加遮热板,而遮热板表面的黑度应()。
自然对流换热系数与面积
自然对流换热系数与面积
自然对流换热系数与表面积之间的关系是一个重要的热传导问题。
自然对流换热系数是描述流体在自然对流过程中传热能力的参数，而表面积则是热交换的关键因素之一。
这两者之间的关系可以
从几个方面来分析。
首先，根据自然对流换热的基本原理，自然对流换热系数与表
面积之间存在着正相关的关系。
换句话说，表面积越大，自然对流
换热系数通常也会越大。
这是因为在相同的流体条件下，更大的表
面积意味着更多的热量可以通过表面传递到流体中，从而增加了传
热的能力。
其次，自然对流换热系数与表面积还受到表面形状和流体性质
的影响。
例如，表面形状的不同会影响流体在表面附近的流动状态，进而影响自然对流换热系数。
而流体的性质，如粘度、密度等，也
会对自然对流换热系数产生影响，从而间接地影响到与表面积的关系。
此外，需要注意的是，自然对流换热系数与表面积之间的关系
并不是简单的线性关系，而是受到多种因素共同作用的复杂关系。
因此，在实际工程和科研中，需要通过实验和理论分析来准确地确定自然对流换热系数与表面积之间的关系，并在设计和优化热交换设备时加以考虑。
综上所述，自然对流换热系数与表面积之间的关系是一个复杂而重要的问题，需要综合考虑流体性质、表面形状和实际工程条件等多个因素，才能准确地描述二者之间的关系。
自然对流换热试验
自然对流换热实验报告一、实验目的（1）了解空气沿水平圆柱体表面自然流动是的换热过程，掌握实验测试技术。
（2）测定单管（水平放置）的自然对流换热系数h 。
（3）根据实验测得的有关数据，计算各实验管的Nu 数、Gr 数和Pr 数，然后用作图法或最小二乘法确定经验方程式n Gr c Nr Pr)(=中的c 值和n 值，并给出Pr Gr 的范围。
二、实验原理对铜管进行加热，热量是以对流和辐射两种方式来散发，所以对流换热量为总流量与辐射热量之差。
即r h c Φ-Φ=Φ （W ）式中：)(f w c t t hA -=Φ；UI h =Φ；⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛=Φ4f 4w 0100T 100T A c r ε，所以⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫⎝⎛---=4f 4w 0100T 100T )()(f w f w t t c t t A UIh ε[]）（K /W ∙m 式中：c Φ为对流换热量，W ；h Φ为加热器产生的热量，W ；r Φ为辐射换热量，W;U 加热器电压，V ；I 为加热器电流，A ；ε为圆柱体表面黑度，ε=0.064；0c 为黑体辐射系数，）（420K m /W 67.5∙=c ；w t 为管壁平均温度，℃；f t 为玻璃室内空气温度，℃；A 为圆柱体的表面积，m 2；h 为自然对流换热系数，）（K /W 2∙m 。
当实验管表面温度稳定时，测定每根管的加热电压U 、电流I 、管壁温度w t 、玻璃室内温度f t ，从表中查出圆管的直径和长度，计算出圆管表面积A ，计算出其对流换热系数h 。
根据相似理论，自然对流换热的准则为Pr),(Gr f Nr =在工业中广泛使用的是比式更为简单的经验方程式，即n Gr c Nr Pr)(=式中：c 、n 是通过实验所确定的常数（在一定的Pr Gr 数值范围内）。
为了确定上述关系式的具体形式，根据测量数据计算结果求得努塞尔准则Nu 、格拉晓夫准则Gr 和普朗特准则Pr ，即λhDNu =； 23υβtD g Gr ∆=； a υ=Pr式中：Pr 、β（空气的体胀系数，1/K ）、υ（空气的运动黏度，m 2/s ）等、λ（空气的导热系数，℃）（∙m /W ）等物性参数由定性温度）（2fw t t +从气体的热物理性质表查取；2/8.9s m g =；D 为圆管壁面定型尺寸，m ；f w t t t -=∆，℃。
自然对流换热
大空间自然对流换热：周围没有其它物体阻碍换热面上边界层 形成和发展的自然对流换热。
有限空间自然对流换热：否则称为有限空间自然对流换热 。
1大空间自然对流换热
边界层：层流→紊流。
转变点取决于温差和流体 的性质 Gr Pr＞109 流态为紊流 边界层内速度分布：
y 0和y 处，均为零
y= 1 处具有最大流速
形成厚 15 mm 的竖直空气夹层。试计算通过空气夹层的自然
对流换热量。
解 定性温度 tm (tw1 tw2 ) / 2 (100 40) / 2 70℃，据此查附录得，空气物性
1.029 kg/m3 ， 20.02106 m2/s ， 0.0296 W/(m 1m/
4
(
h
)1/
9
Gr Pr 2 105 ~ 1.1107 时，
Num
0.073(Gr
Pr
)1m/
3
(
h
)1/
9
（5-32）
（5-33） （5-34）
以上各式的适用范围为： Pr 0.5 ~ 2 h / 11 ~ 42
准则的定，性温度 : tm (tw1 tw2 ) / 2
例 5-8 温度分别为 100℃和 40℃，面积均为0.50.5 m2 的两竖壁，
)1/
9
0.197
(1.002
104
)1m/
4
(
0.015 0.5
)1/
9
1.335
Num 1.335 0.0296 2.63 W/(m2 K)
0.015
自然对流换热量为
Q Ft 2.63(0.50.5)(100 40) 39.5 W
作业
1. 4.
大空间自然对流换热的试验关联式
相应的动量为
d l u dx udy dx 0
注这里略去u沿x变化引入的高阶导数项 dp dp p dx l pl l dx ab，cd面压差 dx dx
于是动量定理可以表达为
§5-4
积分方程 一、物理问题
边界层积分方程组的求解及比拟理论
一块平板，垂直于屏幕方向放置，平行流体以u，t掠过平板， 平板温度为tw ， tw ≠ t，将有热量传给流体（稳态、常物性）
二、数学模型（完整的数学描述应是：方程+定解条件）
1. 动量积分方程 进入ab面的动量 为
l
cd面流出的动量
w
du dy
y 0
0
u u
du u dy dx
u
0
du u dy dy
y 0
为求解上式必须补充边界层中的速度分布，选用
u f y a by cy dy
2
3
根据边界条件
y 0, u 0 y , u u
d l 2 d l dp dx u dy u dx udy w dx l dx dx 0 dx 0 dx
又
l d d u udy u 0 dx dx
du udy 0 dx
l
udy
0
l
代入上式
dp w l 0 udy dx d l du l dp u u udy udy w l 既 dx 0 dx 0 dx 1 2 p u const 由Bernoulli方程
5-9 自然对流换热及实验关联式
u v 0
，从上式可推得
2
u u 1 dp u u v g 2 x y dx y
dp g dx
将此关系带入上式得
引入体积膨胀系数 ：
u u g 2u u v ( ) x y y 2
一般认为，
g tl 3 2 Gr 2 2 2 ul Re2
Gr / Re2 0.1 时，自然对流的影响不能忽略，
而
Gr / Re2 10 时，强制对流的影响相对于自然对流可以
忽略不计。
自然对流对总换热量的影响低于10％的作为纯强制对流； 强制对流对总换热量的影响低于10％的作为纯自然对流； 这两部分都不包括的中区域为混合对流。
按此式整理的平板散热的结果示于下表。
这里流动比较复杂，不能套用层流及湍流的分类。
二. 有限空间自然对流换热 这里仅讨论如图所示的竖的和水平的两种封闭夹层的自然 对流换热，而且推荐的冠军事仅局限于气体夹层。
封闭夹层示意图 ( tw 1
tw 2 )
夹层内流体的流动，主要取决于以夹层厚度 为特征长度的 Gr 数：
当 Gr 极低时换热依靠纯导热： 对于竖直夹层，当 Gr 2860
g t 3 Gr 2
对水平夹层，当
Gr 2430。
另：随着 Gr 的提高，会依次出现向层流特征过渡的 流动（环流）、层流特征的流动、湍流特征的流 动。 对竖夹层，纵横比
H / 对换热有一定影响。
一般关联式为
常数C和n的值见下表。
注：竖圆柱按上表与竖壁用同一个关联式只限于以下 情况： d 35
H
GrH1 / 4
对流换热系数的确定
对流换热系数的确定核心提示：1.自然对流时的对流换热系数炉墙、炉顶和架空炉底与车间空气间的对流换热均属自然对流换热。
2.强制对流时的对流换热系数(1)气流沿1.自然对流时的对流换热系数炉墙、炉顶和架空炉底与车间空气间的对流换热均属自然对流换热。
2.强制对流时的对流换热系数(1)气流沿平面强制流动时气流沿平面流动时，烧结炉其对流换热系数可按表1-1的近似公式计算。
表1-1对流换热系数计算vo=C4.65(m/s) x；o>4.65(m/s)光滑表面a=5.58+4.25z'o a^V.Slvg78轧制表面a-=5.81+4.25vo a=7.53vin.粗糙表面o=6.16+4.49vo a=T.94vi78气流沿长形工件强制流动时当加热长形工件时，循环空气对工件表面的对流换热系数可用下述近似公式计算气流在通道内层流流动时气流呈层流流动时，对流换热系数主要决定于炉气的热导率，而与炉气的流速无关。
绝对黑体的概念当物体受热后一部分热能转变为辐射能并以电磁波的形式向外放射，其波长从lfmi到若干m。
各种不同波长的射线具有不同性质，可见光和红外线能被物体吸收转化为热能，称它们为热射线。
各种物体由于原子结构和表面状态的不同，其辐射和吸收热射线的能力有明显差别。
当能量为Q的一束热射线投射到物体表面时，也和可见光一样，一部分能量Qa将被吸收，一部分能量Qr被反射，还有一部分能量Qu透射过物体(如图1-5)。
按能量守恒定律则有图1-5辐射能的吸收、反射和透过如果A=l，则R=D=0，即辐射能全部被吸收，这种物体称绝对黑体，简称黑体。
如果R=l，则A=D=0，即辐射能全部被反射，这种物体称绝对白体，简称白体。
如果D= 1，则A=K=0，即辐射能全部被透过，这种物体称绝对透过体，简称透过体。
自然界中，黑体、白体和透过体是不存在的，它们都是假定的理想物体。
对于一种实际物体来说数值，不仅取决于物体的特性，还与表面状态、温度以及投射射线的波长等有关。
水的对流换热系数
水的对流换热系数水的对流换热系数是描述流体内部传热能力的一个重要参数。
它反映了水在流动时，通过对流方式传递热量的效率。
对流换热系数的大小直接关系到传热速率以及工程设备的热设计。
1. 对流换热过程的基本概念对流换热是指通过流体的流动来实现传热的现象，可以分为自然对流和强制对流两种形式。
自然对流是指在无外加力作用下，由密度差异引起的流动；而强制对流则是利用外加力的作用使流体强制流动。
对流换热系数则是描述流体流动状态下传热能力的量化指标。
2. 影响水的对流换热系数的因素水的对流换热系数受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面：2.1 流动速度：流动速度是影响对流换热系数的重要因素之一。
一般而言，流体的流动速度越大，对流换热系数也就越大。
因为高速流动可以增大接触面积，并且破坏热边界层，加强传热效果。
2.2 流体性质：水的物理性质对对流换热系数同样有显著影响。
水的导热系数较高，流体的热导率也就较高，对流换热系数也将较大。
2.3 流动状态：流动状态是指流体在管内的流动形式，如层流和湍流。
实验表明，当水在管内呈现湍流状态时，对流换热系数明显大于层流状态。
这是因为湍流能够增大流体的混合程度，提高传热效果。
2.4 传热面积：传热面积是指热量传递的表面积。
当传热面积增大时，给定流体流速下，对流换热系数也将增大。
3. 实际应用中对水的对流换热系数的估算在实际工程应用中，对于水的对流换热系数的估算，一般采用经验公式或者计算流体力学模拟方法。
3.1 经验公式：经验公式是通过大量研究和实验总结得到的经验关系。
对于水的对流换热系数，有很多的经验公式可供选择，如劳埃德公式、乌尔斯奥拉公式等。
这些公式通常基于实验数据，对于特定的流动状态、流速和传热面积大小，可以提供一个较为准确的估算值。
3.2 计算流体力学模拟方法：计算流体力学模拟方法是通过数值计算的方式，对流体流动和传热过程进行模拟和分析。
这种方法可以考虑更多细节，如流体粘性、湍流效应等。
换热系数大自然对流
本章主要内容： 阐述对流换热机理、求解对流换热的基本方 法，包括：1)理论分析方法；2)两传类比方 法，又称半经验方法；3)相似理论及换热准 则关联式，又称经验方法。
第一节 对流换热概述
1.1 牛顿冷却公式
q htw t f
因此求解 h 是对流换热计算的核心问题
1.2 对流换热影响因素
本节主要利用两传类比讨论紊流换热问题。
5.1 紊流动量传递和热量传递
(1) 瞬时速度=平均速度+
u
脉动速度
u u u' u'0
v vv' v'0
(2) 瞬时温度=平均温度+
脉动温度
t t t'
(3) 紊流动量传递 (如图)
y
脉动粘滞应力
v'
脉动速度 v'
y向质流通量 v'
a u'
u'
a
v'
a-a面下面x向脉动速度 u'
h 的影响因素
流动起因 流动状态 流体的热物性 流体相变 几何因素
流动起因： 受迫流动：流速一般较大，换热系数大 自然对流：流速一般较小，换热系数小
流动状态： 层流：热扩散机理主要为分子扩散，热扩散系数一般小 紊流：流体掺混作用强化了热扩散，热扩散系数一般大
流体的热物性 ： 导热系数大，热扩散能力强，对流换热系数大； 比热、密度大，热对流传递热量的能力强，壁面附 近温度梯度大，有利于对流换热；
柯尔朋类比表达式
St
x
Pr
2/3
C f ,x 2
[例]：类比表达式的应用举例—外掠平板紊流换热准则关联式
由实验测量及理论分析得 Re x 510 5 ~10 7 外掠平板紊流局 部摩擦系数 C f ,x 0.0592Rex1/5 求局部表面传热系数准则关 联式?
换热系数大自然对流课件
掌握对流换热的基本原理和方 法；
理解换热系数在大自然对流中 的作用和影响；
能够运用所学知识解决实际问 题；
培养学生对自然界运动规律的 探究精神和科学素养。
课程安排
01
02
第一部分
对流换热基本原理和方法；
第二部分
换热系数与大自然对流的关系 ；
03
第三部分
案例分析和讨论；
04
第四部分
课程总结和展望。
02
实验装置与设计
为研究大自然对流现象，需要设计相应的实验装置，包括加热器 、测温装置、流动显示装置等。
实验参数与控制
为保证实验结果的准确性和可重复性，需要对实验参数进行精确控 制，如加热功率、气流速度等。
数据采集与分析
通过采集实验数据，如温度场分布、速度场分布等，进行数据分析 ，提取对流现象的内在规律。
工程应用案例介绍
建筑节能
在建筑设计过程中，通过优化窗户、外墙等部位的传热系数，可以有效提高建 筑的保温性能，降低能源消耗。
工业生产
在工业生产过程中，对于热交换器、反应釜等设备，通过优化传热表面的结构 和材料，可以提高设备的换热效率，降低能源消耗。
06
总结与展望
主要内容回顾
大自然对流的定义和分类 换热系数的概念和测量方法
THANKS
感谢观看
实验结果分析与讨论
数据处理与可视化
对采集到的实验数据进行处理和可视化，将原始 数据转化为直观的图表和图像形式。
结果分析与解释
根据数据处理结果，进行深入分析，揭示大自然 对流现象的内在机制和影响因素。
对比与讨论
将实验结果与理论预测进行对比，讨论存在的差 异和原因，为完善理论模型提供依据。
自然对流强制对流传热流化床系数的比较
自然对流强制对流传热流化床系数的比较
答案：
自然对流传热系数与强制对流时的对流传热系数相比，自然对流传热系数要小得多。
自然对流和强制对流是两种不同的对流换热方式，它们的传热系数受到流体流动的原因和条件的影响。
自然对流是由于温差引起的密度差异导致的流体运动，而强制对流则是通过外部力量（如泵或风扇）驱动的流体运动。
这两种流动形态决定了它们各自的传热效率。
自然对流的传热系数相对较低，因为它依赖于流体内部的自然温差引起的密度差异，这种流动通常较为缓慢，不利于高效的热量传递。
例如，空气自然对流换热系数大约在5到25 W/(m²·℃)之间。
强制对流则通过外部力量驱动流体流动，可以显著提高流速和湍流程度，从而增强传热效果。
强制对流的流速较高，因此其对流换热系数也较高，有利于提高传热效率。
流化床作为一种特殊的传热方式，其传热系数与自然对流和强制对流相比，可能会有所不同，具体取决于流化床的操作条件和流体特性。
但一般来说，强制对流的传热效率要高于自然对流，而流化床的传热效率可能会介于两者之间，具体取决于流化床的设计和操作参数。
综上所述，虽然具体数值会因条件而异，但总体上可以认为自然对流的传热系数与强制对流的传热系数相比要小得多。
这表明在设计和优化传热系统时，通过适当的方式（如使用泵或风扇）促进流体流动，可以提高传热效率。
对流换热系数的测定方法
对流换热系数的测定方法实验传热学对流换热系数测定方法总结对流换热系数测定方法总结目录一、前言...................................................................... ...................................... 2 二、管内对流换热系数的瞬态测量法 ........................................................... 3 三、窄环隙流道强迫对流换热实验 (4)四、双侧加热窄环隙流道强迫对流换热实验 (5)五、无相变流体在内斜齿螺旋槽管内强化对流换热实验 (6)六、基于集总参数法的瞬态对流换热系数测定 (8)七、总结...................................................................... .................................... 10 八、参考文献 ..................................................................... .. (11)1一、前言工程上把流体流过一个物体表面时流体与物体表面间的热量传递过程称为对流传热。
对流传热的基本计算式是牛顿冷却公式，及分别为q,h(t,t)ttwwff 2壁面温度和流体温度，即为表面传热系数，单位是。
表面传热系数W/(m,K)h 的大小与对流换热过程中的许多因素有关。
它不仅取决于流体的物性以及换热表面的形状、大小与布置，而且还与流速有密切的关系。
牛顿冷却公式并不是揭示影响表面传热系数的种种复杂因素的具体关系式，而仅仅给出了表面传热系数的定义。
确定对流换热系数h有两条途径:一是理论解法;一是实验解法。
理论解法是在所建立的边界层对流传热微分方程的基础上，通过教学分析解法、积分近似解法、数值解法和比拟解法求得对流传热系数h的表达式或数值。
传输原理复习题
传输原理复习题动量传输选择题1、在研究流体运动时，按照是否考虑流体的黏性，可将流体分为__。
（ D ）A.牛顿流体及非牛顿流体B.可压缩流体与不可可压缩流体C.均质流体与非均质流体D.理想流体与实际流体2、理想液体的特征是__。
（B ）A.黏度为常数B.无黏性C.不可压缩D.密度为常数3、单位体积流体的重量称为流体的__，其单位__。
（C ）A.比容m3/kgB.密度kg/m3C.重度N/m3D.重度kg/m34、不同的液体其黏性__，同一种液体的黏性具有随温度__而降低的特性。
（ D ）A.相同，降低B.相同，升高C.不同，降低D.不同，升高5、液体黏度随温度的升高而__，气体黏度随温度的升高而__。
（ A ）A.减小，升高B.增大，减小C.减小，不变D.减小，减小6、运动黏度的量纲是__：（C ）A.L/T2B.L/T3C.L2/TD.L3/T7、动力黏度的量纲是__：（A ）A.M(TL)-1B.MT(L)-1C.Pa.SD.m2/S8、压力表的读值是__：（B ）A.绝对压强B.绝对压强与当地大气压的差值C.绝对压强加当地大气压D.当地大气压与绝对压强的差值9、输水管道在流量和水温一定时，随着直径的增大，水流的雷诺数就__。
（ D ）A．增大 B.减小 C.不变 D.不定10、圆管流动的下临界雷诺数为__。
（D ）A.300B.1200C.12000D.这些都不是11、雷诺数反映了__的对比关系。
（C ）A.黏性力与重力B.重力与惯性力C.惯性力与黏性力D.黏性力与压力12、在孔口外接一管嘴，管嘴的流量比同样断面的空口出流量打，主要原因是__。
（C ）A.管嘴阻力增加B.管嘴收缩系数大C.管嘴收缩断面出产生了真空D.孔口收缩断面出产生了真空13、伯努利方程表达式错误的是：（D ）A. B.C. D.14、气体的黏度随温度的升高而__。
（A ）A.增大B.减小C.不变D.不一定15、流体在边界层内流动的状态为__。
传热学基础试题及答案
传热学基础试题及答案1.对于燃气加热炉，传热过程次序为复合换热、导热、对流换热。
2.温度对辐射换热的影响大于对流换热的影响。
3.27℃的壁面上，温度为77℃的水流经过的对流换热的热流密度为7×104W/m2.4.在无内热源、物性为常数且温度只沿径向变化的一维圆筒壁的导热问题中，稳态时dt/drr=r2，dt/dr=r=r2均成立。
5.黑体的有效辐射等于其本身辐射，而灰体的有效辐射大于等于其本身辐射。
6.由四个平面组成的四边形长通道，已知角系数X1，2=0.4,X1，4=0.25，则X1，3为0.35.7.准则方程式Nu=f(Gr,Pr)反映了自然对流换热的变化规律。
8.当采用加肋片的方法增强传热时，将肋片加在换热系数较大一侧会最有效。
9.某热力管道采用两种导热系数不同的保温材料进行保温，为了达到较好的保温效果，应将导热系数较大的材料放在内层。
10.削弱传热的方法是采用导热系数较小的材料使导热热阻增加。
11.由炉膛火焰向水冷壁传热的主要方式是热辐射。
12.准则方程式Nu=f(Gr,Pr)反映了自然对流换热的变化规律。
13.判断管内紊流强制对流是否需要进行入口效应修正的依据是 l/d<50.14.属于削弱传热的方法是采用导热系数较小的材料使导热热阻增加。
15.冷热流体的温度给定，换热器热流体侧结垢会使传热壁面的温度增加。
16.将保温瓶的双层玻璃中间抽成真空，其目的是减少导热和对流与辐射换热。
17.属于物性参数的是导热系数。
18.对数平均温差约为150°C。
19.X1,3为0.35.20.辐射力为1417.5W/m2，表面氧化后，黑度变为0.9，辐射力将减小。
21.在稳态导热中，决定物体内温度分布的是导热系数。
22.XXX特数反映了流体物性对对流换热的影响。
23.单位面积的导热热阻单位为K·m2/W。
24.绝大多数情况下强制对流时的对流换热系数大于自然对流。
25.对流换热系数为100、温度为20℃的空气流经50℃的壁面，其对流换热的热流密度为5000 W/m2.26.流体分别在较长的粗管和细管内作强制紊流对流换热，如果流速等条件相同，则细管内的对流换热系数大。
自然对流换热系数公式
自然对流换热系数公式
自然对流是一种重要的热传递方式，广泛应用于工程领域中。
在自然对流过程中，流体的热量通过差异温度驱动而传递，换热系数是描述这种传热方式的关键参数之一。
自然对流换热系数公式可表示为：
h = (k / L) * (Gr * Pr)^n
其中，h表示换热系数，k表示流体的热导率，L表示特征长度，Gr表示重力数，Pr表示普朗特数，n表示经验系数。
在该公式中，重力数和普朗特数是自然对流换热中的两个重要无量纲参数，Gr数代表了重力的作用，Pr数则代表了流体的性质。
经验系数n的大小取决于具体的流体和几何形状等因素。
需要注意的是，自然对流换热系数公式是基于实验数据和经验公式推导而来的。
因此，在具体应用中，需要根据实际情况进行修正和校准，以获得更精确的结果。
- 1 -。
自然对流换热系数
自然对流换热系数对流传热系数一般指表面传热系数。
对流传热基本计算式——牛顿冷却公式中的比例系数，以前又称为对流换热系数，是由流体内部各部分质点发生宏观运动而引起的热量传递过程，只能发生在有流体流动的场合单位是w/(㎡*k)，含义是对流换热速率，反应了对流传热的快慢，对流传热系数越大，表示对流传热越快。
原理表面传热系数通常靠实验方法确认。
流体的热传导促进作用对于对流成套过程存有非常大影响。
流体流动时与壁面出现摩擦，摩擦力并使流体运动中断，越紧邻壁面的流体流动速度减少越多，紧扣壁面的流体几乎停滞不前。
在摩擦的迟滞促进作用明显影响范围内，壁面附近构成一层很厚的流动边界层。
流体流动速度越大，流体对壁面的冲刷促进作用越弱，流动边界层越厚，薄薄的流动边界层之所以令人高度关注是因为构成与它有关的成套边界层(也表示温度边界层)。
不论是壁冷却流体还是流体冷却壁，热流都必须通过成套边界层展开热传导传达。
在返回成套边界层步入主流区之后，流体对流混合促进作用进一步增强。
边界层的热传导热阻形成对流成套热阻的主要部分，成套温差的大部分促进作用在薄薄的边界层。
表面传热系数是对流传热基本计算式——牛顿冷却公式（newton‘s law of cooling）中的比例系数，一般记做h，以前又常称对流换热系数，单位是w/(㎡*k)，含义是对流换热速率，在数值上等于单位温度差下单位传热面积的对流传热速率。
公式表面传热系数符号为h，(α)；q =h(ts-tr)。
式中：ts是表面温度；tr是表征外部环境特性的参考温度。
热学的量。
si单位：w/(m2·k) (瓦〔特〕每平方米开〔尔文〕)。
牛顿加热公式：流体被冷却时 q=h（tw-tf）流体被冷却时 q=h（tf-tw）其中，tw及tf分别为壁面温度和流体温度，℃。
如果把温差（亦称温压）记为δt，并签订合同永远为正值，则牛顿加热公式可以则表示为：q=hδtφ=haδt其中q为热流密度，单位就是瓦/平米（w/㎡），φ为热流，单位就是瓦（w）。
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uu vu 1 p 2u x y x y2
u
x
v
y
a
2
y 2
外掠平板层流边界层微分方程精确解 由量级分析得到的微分方程组，可求出速度场，温度场及局
部表面传热系数：
x
5.0Re
1/ x
2
x
C f ,x 2
0.332 Re
1/ x
2u y 2
1
u v x
1 1
v v y
p y
δ
2v x2
δ2
12
2v y 2
结论：py
2
~
,
该方程可以取消
c
1
u
x 11 1
v
y
单元体能量随时间的变化率
4 个微分方程含有4 个未知量(u、v、p、t)，方程组封闭。 原则上，方程组对于满足上述假定条件的对流换热（强迫、 自然、层流、紊流换热）都适用。
第三节 边界层换热微分方程组的解
3.1 流动边界层
边界层厚度: 0. 99 u 处离壁的距离
u y
0.99u
u
x
流场划分： 主流区与边界层区；层流、过度流与紊流(利用临界距离
f t f tw y
与边界层区（粘性区）。
0.99 f
3.2 热边界层
t
x
热边界层厚度：0.99 f
处离壁的距离
w 0
3.3 数量级分析与边界层微分方程 数量级分析的基本思想：
相同量纲的量进行比较，区别不同量的量级大小； 每个基本量纲选定一个比较标准； 选一组独立的完备的标准量；
与标准量相当的量，记为 O1 的量级，简记为1，比标 准量小得多的量，记为O 的量级，简记为 ，即 1
目 标： 对微分方程组中的各项进行数量级比较，略去高阶 小量，简化方程组。
[例]：二维稳态受迫流动边界层对流换热微分方程组的数量级 分析
标准量：速度 u ， 温度 f ，长度量 l 。
t y w,x
t ,u ,
第二节 对流换热微分方程组
连 续 性 方 程 对 流 换 热 微 分 方 程 组动 量 方 程 能 量 方 程 对 流 换 热 微 分 方 程 式
本节讨论常物性不可压缩牛顿型流体二维对流换热问题。
连续性方程： u v 0 x y
u x
v y
0结论：v
u
1 δ
1
u
u x
v
u y
p x
2u x2
2u y 2
1
11 1
1
1
δ
2
1 12
1
2
结论： ~ 2
2u x2
2
t Pr1/3
t x
hx
0.332
λ x
Re1x/
2
Pr1/
3
hx x1/ 2
特征数关联式：
普朗特数 Pr 物理意义：分子动量扩散与热扩散能力之比
x 方向动量方程：
u
u u vu x y
Du
p
Fx 体积力
x
压力梯度
x2u2y2u2
粘性力
D
惯性力
y 方向动量方程：
v
u
v x
v
v y
第五章 对流换热分析
本章主要内容： 阐述对流换热机理、求解对流换热的基本方 法，包括：1)理论分析方法；2)两传类比方 法，又称半经验方法；3)相似理论及换热准 则关联式，又称经验方法。
第一节 对流换热概述
1.1 牛顿冷却公式
q htw t f
因此求解 h 是对流换热计算的核心问题
1.2 对流换热影响因素
Fy
p y
2v x 2
2v y 2
能量方程：
c t
u t v t x y
xt xt
t y
t
y
Dt
单元体热扩散净得热量
D
1
2
x2
2
1 1
2
y 2
1
2
结论：x22
2
y 2
通过比较发现：对于体积力可以忽略的稳态受迫对流换热，比 较 x 和 y 方向的动量微分方程，可忽略 y 方向的动量微分方程。
数量级分析简化后的微分方程组为： u v 0 x y
流体的热物性 ：
粘度定义： Ns/m2
u/y 粘度大，流动弱，热对流传递热量的能力小；
体积膨胀系数：
1v
v T
p
体积膨胀系数大，浮升力大，自然对流强，换热得 到加强。
定性温度：用以确定物性参数的特征温度。
三种常见选择方案 t f ，t w ， tm t f tw / 2
h 的影响因素
流动起因 流动状态 流体的热物性 流体相变 几何因素
流动起因： 受迫流动：流速一般较大，换热系数大 自然对流：流速一般较小，换热系数小
流动状态： 层流：热扩散机理主要为分子扩散，热扩散系数一般小 紊流：流体掺混作用强化了热扩散，热扩散系数一般大
流体的热物性 ： 导热系数大，热扩散能力强，对流换热系数大； 比热、密度大，热对流传递热量的能力强，壁面附 近温度梯度大，有利于对流换热；
与临界雷诺数进行判断)；紊流核心与层流底层。
层流
过度流
紊流
u y u
xc
y u
c
层流底层
hx hx ,l
hx,t x
总结边界层特征，主要有四点：
（1）边界层极薄， l ；
（2）边界层内速度梯度大；
（3）边界层内分层流与紊流，紊流边界层包括紊流核心与
层流底层； （4）流场分为主流区（无粘区）
流体相变：相变热强化换热
几何因素：几何形状，尺寸，相对位置
1.3 对流换热微分方程式
hx tw t f
x
(
t y
)
w,x
对流换热 界面导热
y
t
u
y w,x
hx
t
x
(
t y
)
w,
x
或
hx
f ,x
(
y
)
w,x
tw tt f