传热之对流传热与传热计算讲解
传热效率计算公式
传热效率计算公式传热效率是指在传热过程中所消耗的能量与所传递的能量之间的比值。
计算传热效率的公式可以通过不同传热方式来确定。
下面将分别介绍对流传热、辐射传热和传导传热的传热效率计算公式。
一、对流传热的传热效率计算公式：对流传热是指通过传热介质（如气体或液体）进行传热的方式。
对流传热效率通常由Nu数（Nusselt数）来表示，可以通过以下公式进行计算：Nu=h*L/λ其中，Nu为Nusselt数，h为对流传热系数（W/(m^2·K)），L为待传热表面的特征长度（m），λ为传热介质的导热系数（W/(m·K)）。
传热效率η可以通过Nusselt数（Nu）和表面积比（A^*）来计算，公式如下：η=Nu*A^*/A其中，A^*为受热表面积，A为总表面积。
二、辐射传热的传热效率计算公式：辐射传热是指通过电磁波辐射进行传热的方式。
辐射传热效率可以通过以下公式计算：η=q/(σ*A*(T1^4-T2^4))其中，q为辐射传热速率（W），σ为斯特藩-玻尔兹曼常数（5.67×10^(-8)W/(m^2·K^4)），A为辐射表面积（m^2），T1和T2为被辐射表面和周围环境的温度（K）。
三、传导传热的传热效率计算公式：传导传热是指通过物质内部原子、分子之间的振动或传递方式进行传热的方式。
传导传热效率可以通过以下公式计算：η=(T1-T2)/(T1-T∞)其中，T1为热源温度（K），T2为待传热物体的温度（K），T∞为周围环境温度（K）。
综上所述，传热效率的计算公式取决于传热方式的不同。
通过对流传热、辐射传热和传导传热的计算公式的运用，可以有效地评估和分析传热系统的传热效率。
对流传热系数的计算公式
对流传热系数的计算公式
对流传热系数是热传导中的一种传热方式，常用于热交换器、冷却塔、加热器等传热设备的设计与计算中。
对于流体在壁面上的流动，其对流传热系数与流速、温度、粘度等变量密切相关。
在实际应用中，针对不同的流体与流动状态，可采用不同的计算公式。
下面列举几种常用的对流传热系数计算公式：
1. 自然对流传热系数公式：
h = 1.13 * (gβΔT)^1/4
其中，h为对流传热系数，g为重力加速度，β为热膨胀系数，ΔT为壁面温度与流体温度的差值。
2. 强制对流传热系数公式：
Nu = CRe^mPr^n
其中，Nu为努塞尔数，Re为雷诺数，Pr为普朗特数，C、m、n 为经验系数。
3. 线性对流传热系数公式：
h = kΔT
其中，k为比例常数，ΔT为温度差值。
需要注意的是，以上公式仅适用于理想条件下的流动状态，而实际应用中因存在多种不确定因素，其计算结果仅供参考，具体设计与计算仍需进行实际测试与验证。
- 1 -。
传热与传质最全的计算
传热与传质最全的计算一、传热传热是能量从一个物体或系统传递到另一个物体或系统的过程。
根据传热方式的不同，传热可以分为三种形式：传导、对流和辐射。
1.传导：传热的方式通过物质的直接接触和分子的碰撞来进行。
传导传热的计算主要依靠温度差、传热面积和传热材料的热导率来计算。
传导传热的计算公式为：Q=-k*A*(ΔT/d)其中Q表示传热的热量，k表示热导率，A表示传热面积，ΔT表示温度差，d表示热传导长度。
2.对流：对流是通过流体（气体或液体）传递热量的过程。
对流传热的计算需要考虑传热系数、传热面积和温度差。
对于自然对流，传热系数可以通过科里奥利数来估算。
对于强制对流，传热系数可以通过雷诺数和普朗特数来估算。
对流传热的计算公式为：Q=h*A*ΔT其中Q表示传热的热量，h表示传热系数，A表示传热面积，ΔT表示温度差。
3.辐射：辐射是通过电磁辐射传递热量的过程。
辐射传热的计算需要考虑黑体辐射能量和辐射系数。
辐射传热的计算公式为：Q=ε*σ*A*(T1^4-T2^4)其中Q表示传热的热量，ε表示发射率，σ表示斯特藩-玻尔兹曼常数，A表示传热面积，T1和T2表示两个物体的温度。
二、传质传质是物质在空间中通过扩散机制传递的过程。
传质过程主要包括质量传递和扩散传递。
1.质量传递：质量传递是涉及物质从一个相向另一个相传递的过程。
质量传递的计算需要考虑浓度差、传质系数和表面积。
质量传递的计算公式为：Q=k*A*(C1-C2)其中Q表示传递的质量，k表示传质系数，A表示传质面积，C1和C2表示两个相之间的浓度差。
2.扩散传递：扩散传递是涉及物质通过浓度梯度向更低浓度的方向传递的过程。
扩散传递的计算需要考虑扩散系数、浓度梯度和距离。
扩散传递的计算公式为：J = -D * (dC / dx)其中J表示扩散通量，D表示扩散系数，C表示浓度，x表示距离。
以上是传热和传质的基本概念和常见的计算方法。
当然，实际的传热和传质过程常常是复杂和多变的，需要根据具体情况进行更为详细和精确的计算和分析。
传热系数计算公式
传热系数计算公式传热系数（heat transfer coefficient）是指单位时间内通过单位面积的热量传递量与传热温差之比，它是描述传热性能的一个重要参数。
传热系数的计算公式根据传热模式的不同而有所区别，下面将介绍几种常见的传热模式以及相应的传热系数计算公式。
1.对流传热：对流传热是指流体与固体界面之间的热量传递。
对流传热系数的计算公式常用的有:- 强制对流 (forced convection)：强制对流是指通过外部力量将流体强制对流，比如流体在管内流动、气体通过风扇增加流动速度等。
强制对流传热系数可由下式表示：h=Nu×k/d其中，h表示传热系数，Nu表示Nusselt数，k表示流体的热传导率，d表示流体流动路径的特征长度。
- 自然对流 (natural convection)：自然对流是指无外部力量参与的情况下，流体的密度梯度引起流动。
对于自然对流，传热系数的计算公式可由下式表示：h=Nu×k/L其中，h表示传热系数，Nu表示Nusselt数，k表示流体的热传导率，L表示体积的特征长度。
这里的Nu值可以通过实验或者经验关联公式来计算。
2. 导热传热（conduction heat transfer）：导热传热是指通过固体内部的分子热传导完成的热量传递。
在导热传热中，传热系数可以通过傅里叶热传导定律来计算：q=-k×A×∇T/d其中，q表示单位时间内通过单位面积的热量传递量，k表示固体的热传导率，A表示传热面积，∇T表示温度梯度，d表示固体的厚度。
3. 辐射传热（radiation heat transfer）：辐射传热是指通过电磁波辐射完成的热量传递。
辐射传热系数的计算公式比较复杂，其中一个常用的经验公式是斯特藩-玻尔兹曼定律：q=ε×σ×A×(T1^4-T2^4)其中，q表示单位时间内通过单位面积的热量传递量，ε表示物体的辐射率，σ为斯特藩-玻尔兹曼常数（约为 5.67×10^-8W/(m^2·K^4)），A表示传热面积，T1和T2分别表示物体的温度。
化工流体流动与传热4.3 对流传热概述
换热器任一截 面上热流体的 平均温度
换热器任一截 面上与热流体 相接触一侧的 壁温
17
2. 热边界层
λ dt λ dt ( )w = − ( )w 因此有 α = − T − Tw dy ∆t d y
上式为对流传热系数的另一定义式， 上式为对流传热系数的另一定义式，该式表 对于一定的流体和温度差， 明，对于一定的流体和温度差，只要知道壁面附 近的流体层的温度梯度， 近的流体层的温度梯度，就可由该式求得α。 热边界层的厚薄影响层内的温度分布， 热边界层的厚薄影响层内的温度分布，因而 影响温度梯度。当边界层内、 影响温度梯度。当边界层内、外侧的温度差一定 热边界层愈薄， 愈大， 时，热边界层愈薄，则(dt/dy)w愈大，因而α就 愈大。反之，则相反。 愈大。反之，则相反。
24
4.3.3 保温层的临界直径
dc
图4-15 保温层的临界直径
25
第 4 章 传热
4.1 概述 4.2 热传导 4.3 对流传热概述 4.4 传热过程计算
4.4.1 热量衡算
26
热平衡方程
假设换热器的热损失可忽略， 假设换热器的热损失可忽略 ， 则单位时间 内热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量。 内热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量。 对于换热器的微元面积d 对于换热器的微元面积 dS ， 其热量衡算式 可表示为
dQ = α i (T − Tw )dS i =
λ
b
(Tw − t w )dS m = α o (t w − t )dS o
或
T − Tw Tw − t w tw − t dQ = = = 1 b 1
α i dSi
λ dS m
α o dS o
dQ = K (T − t )dS
对流传热的基本概念及传热方程讲解
q导
T y
|y0
18
而 q导 应该等于(9-2)式中的 q，即：
q导Ty|y0h(TTs)
从而得到(9-3)公式：
hTy|y0 (TTs)
19
9.2 、热量传输方程 －傅立叶-克希荷夫导热微分方程
本节将用微元体法导出含有对流条件下的流体中的 热量传出方程。 做下列假设： 1) 没有内热源（如化学反应热效应）产生 2) 流体流速不高，由粘性引起的耗散热可忽
对流传热的基本概念 及传热方程讲解
1
一、特点(Features)
对流传热是研究有流体（气、液及其混合物）存在 的传热物质体系中，通过流体的流动（质量团的宏 观迁移）产生的热量传热现象及热量传输速率和温 度分布的定量分析。
在工程中常见到的也是具有重要的工程意义的对流 传热情况就是某种流动流体与固体壁之间的界面对 换热。
适当流速。
6
2、流体的物性量 λ↑，热阻 δ / λ 小↓，h↑ h水= 20h空气 ρc↑载热能力强，热交换强，h↑ η↑滞止作用大，δc厚 ，减弱对流，h↓ 需要综合考虑：如水，粘性大，但ρc、λ也大。因
此比空气（粘性小）的换热系数大的多。
7
3、壁面几何尺寸、形状、位置： 垂直放置h↑，水平放置h↓（顺流动方向放
下降，随流动 x 增加，温度影响层增大，δ(x)增大。
9
10
温度边界层的厚度 δ T 是如下定义的: 当流体（其温度分布不均匀）温度为整体温度 T∞ 的99% 时，即： T (x, y, z) = 0.99T∞时所对应的距离平板的高度(δ T =y)，定义为温度 边界层厚度。
由于随着流体沿平板的流动距离 x 增加，流体与平板接触时间加 长，增加了流体与平板之间的传热量。所以受平板较低温度的影 响范围增加。即δT(x)随 x 增加，从而δT 增加。
计算重点公式传热学
计算重点公式传热学传热学是研究热能在物质之间传递的学科，涵盖了热传导、热对流和热辐射三种传热方式。
在工程和科学领域中，计算传热是非常重要的，可以用来优化和设计各种热能设备和系统。
下面将介绍一些重要的传热计算公式。
1.热传导计算公式热传导是通过分子间的相互作用传递热能的方式。
对于常见的一维热传导问题，可以使用傅里叶热传导定律进行计算：q = -kA(dT/dx)其中，q是单位时间内通过物体的热量流率，k是物质的热导率，A 是传热截面积，dT/dx是温度梯度。
如果传热是在不同的材料之间进行，还需要考虑热传导的界面热阻。
界面热阻的计算公式为：R=1/(hA)其中，R是界面热阻，h是对流传热系数。
2.热对流计算公式热对流是通过流体的对流传递热能的方式。
对于流体中的对流传热，可以使用牛顿冷却定律进行计算：q=hAΔT其中，q是单位时间内通过物体的热量流率，h是对流传热系数，A 是传热表面积，ΔT是流体和物体之间的温度差。
对流传热系数h可以通过实验测量或者经验公式进行估算，常用的计算公式有Nusselt数和普朗特数。
3.热辐射计算公式热辐射是通过物体表面的电磁辐射传递热能的方式。
对于黑体辐射，可以使用斯特藩—玻尔兹曼定律进行计算：q=σAε(T^4)其中，q是单位时间内通过物体的热量流率，σ是斯特藩—玻尔兹曼常数，A是物体的表面积，ε是物体的辐射率，T是物体的温度。
对于非黑体的辐射传热，还需要考虑辐射率和视觉系数等因素。
4.综合传热计算在实际问题中，常常会有多种传热方式同时存在。
此时，需要将不同传热方式的热流量进行累加，得到总的传热量。
根据能量守恒定律，可以得到以下综合传热公式：q_total = q_conduction + q_convection + q_radiation其中，q_total是总的热量流率，q_conduction是热传导的热量流率，q_convection是热对流的热量流率，q_radiation是热辐射的热量流率。
对流传热
对流传热第一题：知识点总结（一）对流传热概述1、对流传热：流体流过固体壁时的热量传递。
传热机理：热对流和热传导的联合作用热流量用牛顿冷却公式表示：Φ=hA△t其中对流传热面积A，温差△t，对流传热系数h2、影响对流传热系数的因素（1）流动的起因：>由于流动起因的不同，对流换热分为强迫对流传热与自然对流传热两大类。
（2）流动速度：>根据粘性流体流动存在着层流和湍流两种状态，对流传热分为层流对流传热与湍流对流传热两大类。
（3）流体有无相变：同种流体发生相变的换热强度比无相变时大得多。
（4）壁面的几何形状、大小和位置：对流体在壁面上的运动状态、速度分布和温度分布有很大影响。
（5）流体的热物理性质：影响对流传热系数有热导率λ，密度，比定压热容，流体粘度，体积膨胀系数。
综上所述，影响对流传热系数h的主要因素，可定性地用函数形式表示为h=f（v，l，λ，，，或，，）（二）流动边界层和热边界层1、流动边界层特性：（1）流体雷诺数较大时，流动边界层厚度与物体的几何尺寸相比很小；（2）流体流速变化几乎完全在流动边界层内，而边界层外的主流区流速几乎不变化；（3）在边界层内，粘性力和惯性力具有相同的量级，他们均不可忽略；（4）在垂直于壁面方向上，流体压力实际上可视为不变，即=0；（5）当雷诺数大到一定数值时，边界层内的流动状态可分为层流和湍流。
2、热边界层定义：当流体流过物体，而平物体表面的温度与来流流体的温度不相等时，在壁面上方形成的温度发生显著变化的薄层，称为热边界层。
热边界层厚度：当壁面与流体之间的温差达到壁面与来流流体之间的温差的0.99倍时，即=0.99，此位置就是边界层的外边缘，而该点到壁面之间的距离则是热边界层的厚度记为。
与δ一般不相等。
3、普朗特数流动边界层厚度δ反应流体分子动量扩散能力，与运动粘度有关；而热边界层厚度反应流体分子热量扩散的能力，与热扩散率a有关。
==它的大小表征流体动量扩散率与热量扩散率之比（三）边界层对流传热微分方程组1、连续性方程+=02、动量微分方程根据动量定理可导出流体边界层动量微分方程流体纵掠平壁时3、能量微分方程热扩散率a=边界层能量微分方程式：+=4、对流传热微分方程-------x处的对流传热温差------流体的热导率-------x处壁面上流体的温度变化率（四）、管内强迫对流传热1、全管长平均温度可取管的进、出口断面平均温度的算术平均值作为全管长温度的平均，即=（）2、层流和湍流的判别由雷诺数Re大小来判别针对管内流动，当Re<2200时为层流；Re>1×时为湍流；2200<Re<1×时则为不稳定的过渡段（1）管内流动：（2）板内流动：湍流强迫对流传热管内强迫对流平均对流传热系数特征数关联式为：=0.023R P:考虑边界层内温度分布对对流传热系数影响的温度修正系数；:考虑短管管长对对流传热系数影响的短管修正系数；:考虑管道弯曲对对流传热系数影响的弯管修正系数。
对流传热系数详解课件
利用粒子图像测速系统，结合温度 测量技术，获取流体的速度场和温 度场分布，从而计算对流传热系数 。
数值模拟优化
计算流体动力学（CFD）
通过建立流体的数学模型，利用计算机模拟流体的流动和传热过 程，优化对流传热系数的预测。
人工智能与机器学习
利用人工智能和机器学习算法，对大量历史数据进行分析和学习， 提高对流传热系数的预测精度。
通过对流传热系数的测量和评估，可 以合理设计建筑外围护结构，提高建 筑物的保温、隔热性能，降低建筑能 耗，同时为建筑环境设备如空调系统 的优化提供依据。
能源利用与节能
在能源利用与节能领域，对流传热系数是评估能源转换和利用效率的关键参数。在燃烧、热力发电等 过程中，对流传热系数的优化有助于提高能源转换效率。
在工业热力过程中，对流传热系数的大小直接影响到换热 器的设计、热能利用率以及工业设备的性能。通过研究和 优化对流传热系数，可以提高工业生产的效率和能源利用 水平。
建筑环境与设备工程
在建筑环境与设备工程中，对流传热 系数是评估建筑外围护结构热工性能 的重要参数。外围护结构的传热性能 直接影响到建筑物的能耗和室内环境 舒适度。
多物理场耦合模拟
考虑流体的多物理场特性，如流动、传热、化学反应等，进行耦合 模拟，以更准确地模拟对流传热过程。
强化传热技术
01
02
03
表面强化技术
通过改变流体接触面的材 料和结构，如采用粗糙表 面、微细沟槽或添加增强 材料，提高传热效率。
插入物强化技术
在流道中插入导热性能良 好的材料或结构，如肋片 、螺旋线圈等，增加传热 面积和传热速率。
经验公式法通过对大量实验数据进行统计分析，得出对流传热系数的计算公式。 这些公式通常基于一些物理参数，如流体的性质、温度、压力等。使用经验公式 法可以快速估算对流传热系数，但精度受到实验数据和经验总结的限制。
对流受热面传热计算
F
(或f
)
Z
d
2 i
m2
4
(10 69)ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 管外烟气横向冲刷 F ab Z1dl m2
(10 70)
• 烟道截面变化时取几何平均 F 2F F
F F
(10 70a)
第十章 对流受热面传热计算
三、回转式空气预热器旳受热面积、流通截面 积和当量直径
1、转子有效截面积Fa
（式10-71）
– 当壁面两侧旳放热系数相差悬殊时，取放热系数较小一侧旳管子表面 积作为计算受热面积。
– 当管子壁面两侧旳放热系数同属一种数量级，相差不大时，则取相应 于管子平均直径旳面积作为计算受热面积。
第十章 对流受热面传热计算
一、对流受热面旳面积
– 过热器、再热器和省煤器：H=管子外表面积 – 管式空预器：H=烟气侧和空气侧旳平均表面积 – 再生式空预器：H=2×蓄热板面积 – 附加受热面：H=炉墙面积×角系数（膜式壁角系数为1.0）
9. 求烟气黑度1
10. 求灰污壁温T2
11. 求烟气侧辐射放热系数r 12. 根据燃料种类、受热面布置选用污染系数、热有效系数、利用系数
13. 求传热系数K
14. 求对流传热量Qctr
15. 校核
Qctr Qcre
Q
100
Qcre
主受热面（对流过、再、省、屏、空）Q 2%
凝渣管Q 5%
则计算满足要求,不然重新假设烟气出口温度（第2步）计算。
Nu 0.023Re0.8 Pr 0.4 CLCt
(10 37)
• 超临界水和蒸汽旳放热系数[公式10-39，10-40]
二、扩张受热面旳对流放热系数（用于省煤器） 三、回转式空气预热器旳对流放热系数
第四章传热—3(对流传热分析和计算)讲解
对流传热系数关联式
对对流 自然对流
有相变时的对流传热系数
蒸汽冷凝 液体沸腾
一、 影响对流传热系数的主要因素
1、流体的种类和相变化： 液体、气体、蒸汽及在传热过程中是否有相变。
有相变时对流传热系数比无相变化时大的多；
2、流体的物理性质： 影响较大的物性如密度 р、比热 cp、导热系数 λ、 粘度μ等。
di u 0.8 c p n 0.023 ( ) ( ) di
应用范围：
Re＞10000
0.7＜Pr＜120
当流体被加热时，n=0.4，被冷却时，n=0.3。 特性尺寸 ： 取管内径， 长径之比大于60 定性温度： 流体进、出口温度的算术平均值。
（2） 高粘度流体
Nu=0.023Re0.8Pr1/3（μ/μw）0.14
3、流体的运动状况：
传热热阻主要集中在层流底层，湍流使滞流底层
厚度减薄，对流表面传热系数也就随之增大。
4、流体对流的状况：
自然对流，强制对流。
5、传热表面的形状、位置及大小： 如圆管、翅片管等不同传热表面形状；管板、 管束、管径；管长；管子排列方式；垂直放置或 水平放置等。
二、对流传热中的因次分析
流体物理特性参数的温度称为定性温度。一般定性温
度有三种取法：进、出口流体的平均温度，壁面平均
温度，流体和壁面的平均温度（膜温）。
4 、准数是一个无因次数群，其中涉及到的物理量必 须用统一的单位制度。
二、流体无相变时对流传热系数的关联式
1、流体在圆形直管内作强制对流 （1） 低粘度流体
Nu=0.023Re0.8Prn
例 ： 一 套 管 换 热 器 ， 套 管 为 φ89×3.5mm 钢 管 ， 内 管 为 φ25×2.5mm钢管。环隙中为 p=100kPa的饱和水蒸气冷凝，冷 却水在内管中渡过，进口温度为15℃，出口为85℃。冷却水流 速为0.4m/s，试求管壁对水的对流传热系数。 解：此题为水在圆形直管内流动 定性温度 t=（15+35）/2=25℃ λ=0.608W/m· ℃ ρ=997kg/m3
传热学-第7章 传热过程的分析和计算2
四、强化传热的考虑
kAtf1 tf 2
• 为强化传热，有三条途径：
★方法1：提高温差 ★方法2：提高传热系数
14
★如何提高传热系数？
k
1 h1
1 h2
1
1 h1
1 h2
1
数学上可以证明
k min( h1, h2 )
提高较小的表面传热系数值，强化薄弱环节，效果最好
15
• h1＝1000，h2＝10，没有强化前：k=9.90 W/(m2.K)
t m in
Δtmax、Δtmin 均指端差，即同一端热流体与冷流体间的温差。 Δtmax 是其中大温差， Δtmin 则是其中小温差。
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平均温差的另一种更为简单的形式是算术平均温差，即
tm,算术
tmax
2
tmin
tm,对数
t max tmin ln t max
t m in
t1' t1"
t
' 2
温差 t f 1 沿t f 2整 个壁面不是常数，必须采用整个面积上的平均温差
t m
kAtm
25
（一）简单顺流及逆流换热器的对数平均温差
t1'
t1"
t1'
t
' 2
t
" 2
t
" 2
t1"
t
' 2
顺流
逆流
换热器中流体温度沿程变化的示意图
可以推导出顺流和逆流的平均温差公式为
对数平均温差
tm
t max tmin ln t max
第7章 传热过程与换热器
导热
Φ
传热之对流传热与传热计算讲解
传热之对流传热与传热计算讲解传热是物体之间通过热量的传递而达到温度均衡的过程。
传热方式包括传导传热、对流传热和辐射传热。
在这篇文章中，我们将重点讨论对流传热以及相关的传热计算。
对流传热是指物体表面通过流体介质与周围环境进行传热的过程。
对流传热分为自然对流和强制对流两种形式。
自然对流是通过密度差异引起的热流动，通常发生在静止的流体中。
当物体的表面温度与周围环境温度不同，周围流体被加热或冷却，从而形成一个密度梯度。
热的高密度流体会上升，冷的低密度流体会下降，从而形成对流环流。
自然对流的热传递效率通常较低，但在一些特定的应用中，如自然对流冷却系统中，它是可行的。
强制对流是通过外部力量（如风扇或泵）对流体施加动力来实现的。
强制对流可以通过增加流体的速度来提高传热效率。
这种类型的对流通常在工业和日常生活中的许多应用中使用，如车辆散热系统、空调和加热器。
接下来，我们将讨论对流传热的一些关键参数和计算方法。
1.对流传热系数（h）：它是描述传热效率的参数，表示单位面积上的热量通过对流传递的能力。
对流传热系数取决于流体的性质、流动速度、流体与物体之间的温度差异以及表面的特性。
通常情况下，对流传热系数是通过实验确定的。
在许多传热计算中，我们将使用已知的对流传热系数来估计传热率。
2.传热率（q）：它表示单位时间内的热量传递速率，通常用瓦特（W）表示。
传热率可以通过传热系数和温度差异来计算，公式如下：q=h×A×ΔT其中，h为对流传热系数，A为传热表面积，ΔT为温度差异。
传热率的计算可以帮助我们确定传热的效率和需要的冷却或加热能力。
3.高斯定律：对流传热的计算可以应用高斯定律。
高斯定律基于传热方程，它表示传热速率与传热表面积和温度差异的乘积成正比。
高斯定律提供了进行传热计算的工具，可以帮助我们预测和优化传热系统的性能。
以上是对对流传热及其计算方法的简要讲解。
通过了解对流传热的基本原理以及相关的传热参数和计算方法，我们可以更好地理解和应用传热理论，并在实际应用中进行传热系统的设计和优化。
传热之对流传热与传热计算讲解
传热之对流传热与传热计算讲解传热是指物体内部或不同物体之间热量的传递过程。
热量的传递方式主要有传导、对流和辐射三种方式。
本文将重点讲解对流传热及其计算。
对流传热是指物体内部或不同物体之间，通过流体的对流传递热量的过程。
流体可以是气体或液体，其中气体的对流传热称为气体对流，液体的对流传热称为液体对流。
对流传热的主要原因是流体的运动引起的热量传递。
对流传热的机制可以分为自然对流和强迫对流两种。
自然对流是指由于流体的密度差异在流体内部自发产生的对流，通常与重力有关。
例如，热空气上升、冷空气下沉就是一种自然对流过程。
强迫对流是指通过外部作用力促使流体产生对流的现象，例如风扇在房间中形成的空气对流。
对流传热的计算可以采用牛顿冷却定律，即Q=hcA(Ts-Tf)，式中Q表示单位时间内传递的热量，h表示对流传热系数，c表示流体的比热容，A表示传热的表面积，Ts表示实际表面的温度，Tf表示流体的温度。
对流传热系数h是定量描述对流传热能力的参数，它取决于流体性质、流动速度、传热表面的性质和几何形状等因素。
由于流体对流传热的机制较为复杂，常常需要通过实验或经验公式进行计算。
常见的对流传热系数计算公式有弗朗德数法、劳依法、纽塞尔数法等。
在对流传热计算中，通常需要首先确定流体的传热系数h。
对于气体对流，一般使用弗朗德数法进行计算。
弗朗德数(Prandtl number, Pr)是用来描述流体传热性质的无量纲参数，它定义为流体的动力粘度与热扩散率的比值。
对于液体对流，一般使用纽塞尔数法进行计算。
纽塞尔数(Nusselt number, Nu)是用来描述流体传热性质的无量纲参数，它定义为传热系数与传热表面的长度比值。
在实际的对流传热计算中，还需要考虑流体的流动状态、流体的速度分布以及流体的边界条件等因素。
不同的流动状态将对对流传热产生不同的影响。
例如，在层流流动中，流体速度分布较为均匀，而在湍流流动中，流体速度分布较为紊乱。
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Wh r Wccpc (tc 2 tc1 )
Wh 2210.9 2000 2.5 (70 20)
Wh 113.08kg / h
传热过程计算
总传热速率计算
Q KAtm
与K相对应的 总传热面积 m2
---总传热速率方程
总传热系数 W/（m2•℃）
传热平均温差 ℃
K---总传热系数
管外侧对流 传热热阻
管壁导热 热阻 管内侧对流 传热热阻
热阻：内外表面污垢热阻分别为Rsi和Rso
d0 d0 1 1 bd0 Rs 0 Rsi K 0 0 d m i di di
传热过程计算
总传热速率计算
Q KAtm
---总传热速率方程
传
热
本章章节
第一节
第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
概述（重点）
热传导（重点） 对流传热（重点） 传热过程计算（重点） 对流传热系数经验关联式 辐射传热 换热器
对流传热
对流传热过程分 析
湍流主体传热方式为对流传热 层流底层传热方式为热传导
固体层传热方式为热传导
热量从热流体经过固体层传递到 冷流体过程中，两侧壁面处的层 流底层是传热阻力的主要部分 强化对流传热，就要加大流体湍 流程度，减小层流底层的厚度
对流传热
对流传热速率方程---牛顿公式
推动力 速率 系数 推动力 阻力
t 量均为某一局部参数 dQ dA t 1 局部对流传热系数 dA
工程计算中采用平均值： 管内 dQ i (T Tw )dA i
Q At
平均对流传热系数 总传热面积
α不是物性参数
管外 dQ 0 (tw t )dA 0
例 在一列管式换热器中，壳程有绝压为180kPa水蒸气冷凝。某种液体在管内流动，其流量为
2000kg/h，进出口温度分别为20和70℃，平均温度下比热容为2.5 kJ/(kg•℃），试求蒸汽用 量。假设换热器热损失可忽略，蒸汽冷凝后排出的为饱和水。
解 180 kPa下水蒸气冷凝潜热为2210.9kJ/kg
热量衡算
1、冷、热流体均不发生相变变化： 2、热流体有相变无温变， 冷流体无相变： 3、热流体有相变且有温变， 冷流体无相变：
Q Whcph (th1 th 2 ) Wcc pc (tc 2 tc1 )
Q Wh r Wcc pc (tc 2 tc1 )
Q Wh r WhCph (th1 th 2 ) Wc c pc (tc 2 tc1 )
dQ K0 (T t )dA0
K 0 dAi d i K i dA0 d 0 K 0 dAm d m K m dA0 d 0 Ki dAi di K m dA0 d0
Ki (T t )dAi
Km (T t )dAm
局部（管外、管内、管内外平均） 总传热系数
对于稳定传热：dQ1= dQ2 = dQ3
T Tw Tw t w t w t dQ 1 b 1 0 dA0 dAm i dAi
传热过程计算
总传热速率计算
Q KAtm
---总传热速率方程
K---总传热系数
T t dQ 1 b 1 0 dA0 dAm i dAi
传热过程计算
h2
冷流体
一、 热量衡算 二、 总传热速率计算
热量衡算 目的：计算冷、热流体传热过程中热量的多少----热负荷（单位：W）
2、热流体有相变无温变， 冷流体无相变：
c1
热交换器
c2
h1
热流体
Q Wh r WcCpc (tc 2 tc1 )
r---冷凝潜热，kJ/kg
1、冷、热流体均不发生相变变化：
K---总传热系数
d0 d0 1 1 bd0 Rs 0 Rsi K 0 0 d m i di di
传热面为平壁或薄管壁 do di dm 当管壁热阻和污垢热阻均可忽略时
1 1 b 1 Rs 0 Rsi K0 0 i
提高总传热 系数的方法
3、热流体有相变且有温变， 冷流体无相变：
Q WhCph (th1 th2 ) WcCpc (tc 2 tc1 )
Cp---平均定压比热容，取进出 口温度平均值下的比热容值
Q Wh r WhCph (th1 th 2 ) WcCpc (tc 2 tc1 )
传热过程计算
1 K0 ---总传热系数 d0 1 bd0 0 d m i d i
如无特别说明，通常以管子外壁 表面为基准，即式中的K就指Ko
传热过程计算
总传热速率计算
Q KAtm
---总传热速率方程
K---总传热系数
d0 1 1 bd0 K 0 0 d m i d i
两侧同除以dA0
dQ T t dA0 bdA dA0 dA0 0 0 dA0 dAm i dAi
T t bd0 d0 1 0 d m i d i
K 0 dAi d i K i dA0 d 0 K 0 dAm d m K m dA0 d 0 Ki dAi di K m dA0 d0
传热过程计算
总传热速率计算
Q KAtm
（1）热流体 （2）热管壁 （3）冷管壁
---总传热速率方程
K---总传热系数
间壁传热包括三个步骤：
对流
传导 对流
管壁
dQ 1 0 (T Tw )dA 0
b (Tw t w )dAm
冷管壁 dQ2 冷流体
dQ3 i (tw t )dAi
传热过程计算
总传热速率计算
Q KAtm
---总传热速率方程
K---总传热系数
dQ T t d0 1 bd 0 dA0 0 d m i di
d0 1 1 bd0 K 0 0 d m i d i
--- 传热热阻
与dQ K0 (T t )dA0比较：
1 1 1 K0 0 i
阻碍污垢产生 或及时清除污垢