对流换热计算
对流换热计算式
关系式返回到上一层以下汇总了工程中最常见的几类对流换热问题的对流换热计算关系式，适用边界条件，已定准则的适用范围，特征尺寸与定性温度的选取方法。
一、掠过平板的强迫对流换热应注意区分层流和湍流两种流态 ( 一般忽略过渡流段 ) ，恒壁温与恒热流两种典型的边界条件，以及局部 Nu 数和平均 Nu 数。
沿平板强迫对流换热准则数关联式汇总注意：定性温度为边界层的平均温度，即。
二、管内强迫对流换热(1) 流动状况不同于外部流动的情形，无论层流或者湍流都存在流动入口段和充分发展段，两者的长度差别很大。
计算管内流动和换热时，速度必须取为截面平均速度。
(2) 换热状况管内热边界层也同样存在入口段和充分发展段，只有在流体的 Pr 数大致等于 1 的时候，两个边界层的入口段才重合。
理解并准确把握两种典型边界条件 ( 恒壁温与恒热流 ) 下流体截面平均温度的沿程变化规律，对管内对流换热计算有着特殊重要的意义。
(3) 准则数方程式要注意区分不同关联式所针对的边界条件，因为层流对边界条件的敏感程度明显高于湍流时。
还需要特别指出，绝大多数管内对流换热计算式 5f 对工程上的光滑管，如果遇到粗糙管，使用类比率关系式效果可能更好。
下表汇总了不同流态和边界条件下管内强迫对流换热计算最常用的一些准则数关联式。
(4) 非圆截面管道仅湍流可以用当量直径的概念处理非圆截面管道的对流换热问题。
层流时即使用当量直径的概念也无法将不同截面形状管道换热的计算式全部统一。
常热流层流，充分发展段，常壁温层流，充分发展段，充-充分发展段，气体，-充分发展段，液体，；紊流，充分发展段，紊流，粗糙管紊流，粗糙管三、绕流圆柱体的强迫对流换热流体绕圆柱体流动时，流动边界层与掠过平板时有很大的不同出现脱体流动和沿程局部 Nu 数发生大幅度升降变化的根本原因。
横掠单根圆管的对流换热计算式还被扩展到非圆管的情形。
关联式：定性温度为主流温度，定型尺寸为管外径，速度取管外流速最大值。
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。
对流换热计算式范文
对流换热计算式范文流体换热是工程领域中经常遇到的问题，涉及到不同温度流体之间的热量传递。
在实际应用中，有几种常见的换热计算式，包括传热功率、传热系数、对流热流密度等。
下面将详细介绍这些计算式。
1.传热功率（Q）：传热功率是指单位时间内从源体传递给流体的热量，可以通过以下公式计算：Q=m*Cp*(T2-T1)其中，m为流体的质量流率（kg/s），Cp为流体的比热容（J/(kg·℃)），T2和T1分别为流体的出口温度和入口温度（℃）。
2.对流换热系数（h）：对流换热系数表示流体与固体表面之间传热的效率，可以通过以下公式计算：Q=h*A*(T2-T1)其中，Q为传热功率（W），A为热传导面积（m²），T2和T1为流体的出口温度和入口温度（℃）。
3.对流热流密度（q）：对流热流密度是指单位面积上的传热功率，可以通过以下公式计算：q=Q/A其中，q为对流热流密度（W/m²），Q为传热功率（W），A为热传导面积（m²）。
在实际应用中，还需要考虑到流体的物理性质和流动状态等因素。
4.流体物性的影响：流体的物理性质，如密度、比热容、导热系数等，会对换热过程产生影响。
例如，传热功率的计算中，流体的比热容是一个重要的参数，其数值会影响到传热功率量值的大小。
5.流体流动状态的影响：流体的流动状态也会对换热过程产生影响。
例如，当流体以层流状态流动时，传热系数较小；而当流体以湍流状态流动时，传热系数较大。
因此，在实际计算中，需要根据具体条件来确定使用相应的计算公式。
在工程实践中，可以通过实验方法或数值模拟方法来确定换热计算式中所需的参数值。
实验方法可以通过测量流体流动的温度和压力变化来获得换热系数等参数。
数值模拟方法则可以通过建立数学模型和求解相应的方程来进行换热计算。
总之，流体换热是一个复杂的工程问题，涉及多个参数和变量。
了解和熟练运用换热计算式对于工程领域中的换热问题有着重要的意义。
流体无相变时的对流换热
Nu = c Re Pr 令 Re = const C ′ = c Re n
n m
lg Nu = lg C ′ + m ln Pr m可求，同理使 Pr = const
Nu lg 0.4 = lg C + n lg Re Pr C, n可得
Nu = 0.023 Re 0.8 Pr 0.4 （管内紊流）
如：强制对流换热和自然对流换热，虽然都是对流换热现象， 但它们不是同类现象。点场和温度场也不是同类现象。 两个物理现象相似时，其有关的物理量场分别相似。 重要性质：彼此相似的现象，它们的同名准则必定相等。
换热微分方程式：α = − 现象a： 现象b：
λ ∂t
∆t ∂y
y =0
α′ = − α ′′ = −
Pe′ = Pe′′ －－贝克利准则
uL νuL Pe = = = Pr⋅ Re a νa 对于自然对流，则须
(Pr⋅ Re)′ = (Pr⋅ Re)′′
Gr ′ = Gr ′′
－－格拉晓夫准则
βg∆tL3 Gr = ν2
几个准则的物理意义： 雷诺准则：反映流体的惯性力与粘滞力之比的相对大小。 格拉晓夫准则：反映流体的浮升力与惯性力的相对大小。 普朗特准则：反映流体的动量传递能力与能量传递能力的相对 大小。 努谢尔特准则：反映实际热量传递与导热分子扩散量传递的比 较；Nu越大，则换热越强。 Bi和Nu的区别： 1、λ不同。前者为固体，后者为流体 2、物理意义不同。 αL 公式Nu =
λ
３．相似准则之间的关系 Nu = f (Re, Pr) 紊流强制对象： 过渡区： Nu = f (Re, Pr, Gr ) 自然对流：
Nu = f (Pr,Gr )
其中：
对流换热
第八讲对流换热convection heat transfer§8-1 对流换热基本概念一、对流换热过程：对流：是指物体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的能量传递方式，必有导热。
对流换热：流体流过一物体表面时对流与导热联合作用的热量传递过程。
牛顿冷却定律Newton’s law of coolingwt ft 如：f w t t t -=∆th q ∆=hAtt Ah qA Φ1∆=∆==为对流传热热阻hA R 1=二、流动边界层1. 流动(速度)边界层：靠近壁面处流体速度发生显著变化的薄层边界层的厚度(boundary layer thickness):达到主流速度的99%处至固体壁面的垂直距离边界层的特点(1) 有层流(laminar flow),紊流(turbulent flow)之分.•分界点Re c=3X105~3X106,一般可取Re c=5X105•在湍流区,贴壁面还有一极薄的层流底层（粘性底层）(2) δ=δ(x) x↑δ(x)↑(3) δ(x) << x δ(L) << L(4) 流场分为: 主流区(undisturbed flow regime)(potential)边界层区(boundary regime)三、换热微分方程无滑移边界条件（傅里叶定律）0=∂∂-=y yt A λΦ变化率贴壁处流体的法向温度式中：→∂∂=0y y t 联立，得与牛顿冷却公式t hA ∆=Φ0=∂∂-=y y t t h ∆λ四、影响对流换热的因素⏹流动产生的原因：受迫流动，自然对流⏹流体流动情况：层流（Re<2300），紊流（Re>10000）⏹流体的物性：ρ、λ、η等⏹换热面的形状和位臵⏹流体集态的改变§8-2 对流换热基本方程组1.连续性方程(continuity equation)0=∂∂+∂∂yv x u •2.动量方程(momentum equation)⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂22222222y v x v y p F y v v x v u v y u x u x p F y u v x u u u y x ητρητρ惯性力(inertial force)体积力(body force)压力梯度(pressuregradient)粘性力(viscous force)3.能量守恒方程（energy equation)⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂=∂∂+∂∂+∂∂2222y t x t a y t v x t u t τ能量变化对流项导热项以此五个量为分析基础。
对流换热系数计算
对流传热系数也称对流换热系数。
对流换热系数的基本计算公式由牛顿于1701年提出，又称牛顿冷却定律。
牛顿指出，流体与固体壁面之间对流传热的热流与它们的温度差成正比。
流体与固体表面之间的换热能力，比如说，物体表面与附近空气温差1℃，单位时间（1s）单位面积上通过对流与附近空气交换的热量。
单位为W/(m^2·℃)或J/(m^2·s·℃)。
表面对流换热系数的数值与换热过程中流体的物理性质、换热表面的形状、部位以及流体的流速等都有密切关系。
物体表面附近的流体的流速愈大，其表面对流换热系数也愈大。
如人处在风速较大的环境中，由于皮肤表面的对流换热系数较大，其散热（或吸热）量也较大。
对流换热系数可用经验公式计算，通常用巴兹公式计算。
第五章 对流换热计算
13
大温差情况下计算换热时准则式右边要乘以物 性修正项 。
对于液体乘以
f w n
液体被加热n=0.11，液体被冷却n=0.25(物性量 的下标表示取值的定性温度)
对于气体则乘以: Tf Tw n
气体被加热n=0.55，气体被冷却n=0.0（此处 温度用大写字符是表示取绝对温标下的数 值）。
第五章 对流换热计算
§5-1 管(槽)内流体受迫对流换热计算 §5-2 流体外掠物体的对流换热计算 §5-3 自然对流换热计算 §5-4 液体沸腾换热计算 §5-5 蒸汽凝结换热计算
2019/5/12
1
§5-1 管(槽)内流体受迫对流换热计算
1 管(槽)内流动换热的特点
流体在管内流动属于内部流动过程，其主要 特征是，流动存在着两个明显的流动区段， 即流动进口（或发展）区段和流动充分发展 区段
按照势流理论，流体在
边界层速度分布圆柱体的前部流速逐步增大而压力会逐步减 u∞ 小；流体在圆柱体的后 t∞
分离流动 速度分布
部流速会逐步减小而压
力会逐步增大。
流体绕流圆柱体
但是，因流体的黏性力的作用，在圆柱体的
前部会形成流动边界层，速度会从势流流速
逐步改变到壁面上的零速度，这种速度改变
以消耗流体动量为代价的，这一过程特征会
[解] 查出20℃时空气的运动粘度为=15.0610-6 m2/s
假设进入过渡区的距离为L1，
由雷诺数Re1=uL1/ =2105, 计算出L1=0.30m；
假设进入紊流区的距离为L2,
由雷诺数Re2= uL2/ =5105, 计算出L2=0.75m。
2019/5/12
工程热力学和传热学16对流换热计算
q
t 1 Rt
t
1
1 2
20 (20) 257.65W m 2 1 0.4 10－2 1 10 0.762 20
Q＝Fq 100 80 10－4 257. ＝20：传热系数 k 1 1
C 和 m 的值见下表。
叉排或顺排、管间距不同时，C、m的选取
Nu C Re
m
排数的影响见教材P202
表16－2
第二节
自然对流换热
流体受壁面加热或冷却而引起的自然对流换热 与流体在壁面附近的由温度差异所形成的浮升力有 关。不均匀的温度场造成了不均匀的密度场，由此 产生的浮升力成为运动的动力。在热壁面上的空气 被加热而上浮,而未被加热的较冷空气因密度较大而 下沉。所以自然对流换热时,壁面附近的流体不像受 迫对流换热那样朝同一方向流动。一般情况下，不 均匀温度场仅发生在靠近换热壁面的薄层之内。在 贴壁处，流体温度等于壁面壁面温度tW，在离开壁 面的方向上逐步降低至周围环境温度。
后排管受前排管尾流的扰动作用对平均表面传热系数的影 响直到10排以上的管子才能消失。 这种情况下，先给出不考虑排数影响的关联式，再采用管 束排数的因素作为修正系数。 气体横掠10排以上管束的实验关联式为
Nu C Rem
式中：定性温度为 tr (tw tf )/ 2; 特征长度为 管外径d， Re 数中的流速采用整个管束中最窄截面处 的流速。 实验验证范围： Ref 2000 ~ 40000。
边界层的成长和脱体决定 了外掠圆 管换热的 特征 。
可采用以下分段幂次关联式：
; 式中：C及n的值见下表；定性温度为 (tw t )/ 2 特征长度为管外径； Re 数的特征速度为来流速度 u 。
工程热力学和传热学16对流换热计算
解： t 200 30 q裸管＝ 1700W m 2 1 1 10 q绝缘 t 50 30 200W m 2 1 1 10
4、尺寸为 100cm 80cm的大玻璃窗，玻璃厚 104cm, 0.762W (m K )。室 内空气与玻璃板的换热 系数 1＝10W (m 2 K )，室外空气与玻璃板的 换热系数 2 ＝20W (m 2 K )。室内空气温度为 20C，室外大气温度为－ 20C。试求通过该玻 璃窗的热流量Q和热流密度q。
tf1＝20°C q
α1 tt
w1
α2 tf2＝－20°C
tw2
1
1 2
1
教材P155 中（ 13 - 8式） ：k
1
1 是错误的。 2
1．火管锅炉炉胆的热流密度为48000Ｗ／ｍ２，钢板 制成的炉胆厚度为２０ｍｍ，试求其内外壁面的温差, 设:(1)炉胆两侧没有污垢；(2)在水的一侧积有1.5㎜ 厚的水垢；(3)在水的一侧积有1.5㎜，另一侧积有２ ㎜厚的烟灰。
2．蒸汽管的外径为108ｍｍ,管外包以λ＝0.1Ｗ/(m·K)的绝热材料,蒸汽温度为 330℃(由于蒸汽与管壁间的对流热阻和管壁的导热热阻要比绝热材料的热阻小得多, 可略去不计,所以可近似地认为绝热层内壁的温度等于蒸汽的温度)。若要使绝热层外 壁面的温度不超过40℃,每米管长的热损失不超过ql＝150Ｗ/m,试求绝热层的最小厚 度应为多少。 d 330 40 d （330 40） 2 0.1 1.215 解：qmin ln 2 ＝1.215 2 e d d1 150 d1 ln 2 d1 2 d2 1 d 2 d1 d1 e1.215 1 min＝ d1 0.108 ＝0.128m 2 2 2 解说：
知识点：对流换热计算的基本公式与对流换热系数PPT.
知识点：对流换热计算的基本公式与对流换热系数 式中 Δ t—流体与壁面的温差，℃； F—对流换热表面面积，m2； α —对流换热系数，简称换热系数，W/m2.℃。 2.对流换热系数及意义 对流换热系数α 的大小反映对流换热的强弱，在数值上 等于当流体与壁面温差为1℃时，单位时间单位壁面面积上的 对流换热量。
知识点：对流换热计算的基本公式与对流换热系数 1.对流换热计算的基本计算公式 前面讲过，流体和固体壁面间的热量传递，称为对流换 热。对流换热是流体导热与对流综合作用的结果。 对流换热热流量采用牛顿冷却公式计算
tF
或写成
W
（1）
t t W 1 R F
（2）
1 R 称对流换热热阻；℃/W （3） F
ห้องสมุดไป่ตู้
对流换热系数公式
对流换热系数公式对流换热系数公式是用来描述流体与固体之间的热量传递能力的参数，它是工程领域中常用的一个重要指标。
在热传导过程中，流体与固体之间的热量传递主要通过对流方式进行，对流换热系数公式可以用来计算这种热量传递的强度。
对流换热系数公式一般可以表示为h = α * ΔT，其中h表示对流换热系数，α表示传热系数，ΔT表示温度差。
该公式的意义是：对流换热系数与传热系数成正比，与温度差成正比。
换热系数越大，意味着热量传递越快，温度差越大，热量传递也越快。
在工程实践中，对流换热系数公式的应用非常广泛。
例如，在石油化工领域中，对流换热系数的计算是设计换热设备的重要环节之一。
在换热设备的设计中，需要根据具体的工艺条件和流体性质，选择合适的对流换热系数公式，并进行计算和分析。
这样可以确保换热设备在工作过程中具有较高的换热效率和稳定的工艺性能。
对流换热系数公式的选择和计算涉及到许多因素，如流体的性质、流动状态、流速、管道尺寸、壁面特性等。
根据不同的情况，可以选择不同的对流换热系数公式进行计算。
例如，在自然对流换热过程中，可以使用格拉斯霍夫公式进行计算；在强迫对流换热过程中，可以使用科里奥利公式进行计算。
这些公式都是根据实验数据和理论分析得出的，可以在实际工程中得到较好的应用效果。
除了对流换热系数公式的选择和计算，还需要注意一些影响换热过程的因素。
例如，流体的黏度、热导率、密度等参数都会影响对流换热系数的大小和变化规律。
此外，换热表面的几何形状、表面粗糙度、表面温度等也会对对流换热系数产生影响。
因此，在工程设计和实际运行中，需要综合考虑这些因素，选择合适的对流换热系数公式，并进行合理的参数计算。
对流换热系数公式是热传导过程中非常重要的一个参数，它可以用来计算流体与固体之间的热量传递强度。
在工程实践中，合理选择和计算对流换热系数公式，可以有效提高换热设备的工作效率和性能稳定性。
因此，对流换热系数公式的研究和应用具有重要的工程意义。
第十章对流受热面换热计算
第三节 受热面传热系数的计算方法
5．回转式空气预热器
K
C
11
xy1 xk 2
第三节 受热面传热系数的计算方法
三、对流放热系数
传热学的知识，稳态强制对流换热的准则数方程为
Nu C Ren Prm
第三节 受热面传热系数的计算方法
计算举例（详查标准）
1．气流横向冲刷光滑管束的对流放热系数
算。 4．屏式过热器的换热面积
屏式过热器是一半辐射式受热面，传热面积按平壁表面积计算：
H 2xpFp (m2 )
第六节 对流换热面积和流速的计算
二、对流受热面流体流速
❖ 计算对流放热系数需介质的流速 ❖ （介质的平均体积流量和介质流通截面积）， ❖ 温度不断变化，体积流量也随之变化，因此，流体的流速
k
口）工质温度；
烟温？
❖ 校核计算的目的是：计算得到出口烟气温度和出口（或进 口）工质温度；
❖ 迭代计算的特点明显；不仅体现在每组受热面的计算，还 用在过热器系统和整台锅炉。
第十章 对流受热面换热计算
❖ 第一节 概述 第二节 对流受热面换热计算的基本方程 第三节 受热面传热系数的计算方法 第四节 对流受热面的污染对换热的影响 第五节 传热温压的计算 第六节 对流换热面积和流速的计算 第七节 主要对流受热面的计算特点
面
已知受热面进口烟温和进口（或出口）工质温度
❖ 的校核计算流 程
假设出口烟气温度、或出口（或进口）工质温度 利用热平衡方程计算未知的烟温或工质温度及对流换热量
计算平均传热温压及传热系数
利用传热方程计算对流传热量
校核对流传热量
否 差值满足要求？ 是
该受热面计算结束
对流换热量计算公式
对流换热量计算公式对流换热是物体或空气内气体粒子之间相互间接接触而发生的热量交换过程。
它包括散射传播，比如温度差引起的热量传递，以及气体内的温度梯度能引起的热量传导现象。
由于温度梯度的影响，高温气体中的分子热和体积能释放出来，从而使得低温气体中的分子热和体积能增加，从而使低温气体向周围空气温度高的方向辐射热量，从而实现换热。
二、对流换热量计算公式对流换热量计算公式可以用来衡量对流换热的大小：Q=hA(T2-T1)，其中，Q是换热量，单位是W，h是换热系数，A是换热表面积，单位是m2，T1、T2分别为表面温度向量的温度值。
当换热的表面积A和温度差都是已知的时候，可以使用以上计算公式来计算换热量Q。
此时换热系数h通常被称为对流换热系数，对流换热系数又可以分为气体对流换热系数、液体对流换热系数和固体对流换热系数。
气体对流换热系数是指空气中气体的换热系数，用来衡量气体的换热能力。
由于气体的存在，空气中总有一个温度分布，温度越高的区域总是以一定的速率向温度越低的区域辐射热量，而这个热量辐射机制就是指气体对流换热的作用，也就是气体对流换热系数。
液体对流换热系数指的是液体中液体粒子间温度差引起的换热现象。
由于液体比空气有更大的密度，所以液体换热速度也比空气更快，因此液体对流换热系数也比气体对流换热系数要大。
固体对流换热系数指的是固体中固体粒子间温度差引起的换热现象。
由于固体的热传导性能比液体好，因此固体对流换热系数也比液体对流换热系数要大。
三、计算步骤1.首先，要计算对流换热量，就必须知道不同表面之间的温度差，以及换热表面积A，换热系数h；2.其次，建立热力学平衡模型，利用模型来计算换热量Q；3.最后，根据换热量和换热表面积来求得温度差。
四、注意事项1.在求解对流换热量时，一定要正确地估算换热表面积和对流换热系数，以精确地求出换热量；2.表面的表面粗糙或表面的湿度会影响对流换热，因此在计算过程中应考虑清楚；3.在计算过程中，也要考虑温度梯度本身也会随着温度而变化，温度梯度越大，温度差就越大，换热量也会越大。
对流受热面的换热计算
锅炉对流受热面的换热计算大型电站锅炉的对流受热面是指对流换热为主的对流过热器和再热器、省煤器、空气预 热器、直流锅炉的过渡区等，也包括辐射份额较大的屏式受热面。
尽管这些受热面的结构布 置、工质和烟气的参数都有着很大的不同，辐射传热所占的份额不同，但为了简化计算，均 采用对流传热计算的规律，将辐射传热部分折算到对流传热，各个不同受热面的计算方法有 所不同。
对流受热面的换热计算，不论是设计计算还是校核计算，都是利用对流传热方程和烟气 侧与工质侧的热平衡方程，分别从对流传热和热平衡的角度来表达对流受热面的对流换热 量。
对流受热面换热计算的基本方程1. 受热面的对流传热方程式中Q j ——以对流方式由烟气传递给受热面内工质的热量，以况燃料（固体、液体）或 1m 3 ；燃料（气体）为基准；K ——传热系数,W/（m 2・，C ）；廿——传热温压，°C； H — 一参与对流换热的受热面面积，m 2； B ——锅炉计算燃料量，kg/s 。
2. 烟气侧热平衡方程对各段受热面，烟气侧热平衡方程是基本相同的Q d =^（h ，— h 〃 + A a h o ）,kJ/kg式中中——保热系数，考虑散热损失的影响；h '、 y截面上的平均焓值，Mg ；址一对应于过量空气系数a =1时，漏入该段受热面烟气侧的冷空气焓值,kJ/kg ； A a ——该段受热面的漏风系数。
3.工质侧热平衡方程对于布置在不同位置、不同工质状态的受热面，工质吸热量的计算方法不同。
（1）布置在炉膛出口处的屏式过热器或对流过热器。
这一类受热面的工质总吸热量由两部分组成：屏间（或对流受热面）烟气的对流换热量 和炉膛烟气的辐射换热量，所以，在计算屏（或对流受热面）的对流换热量时，应从工质吸 收的热量中扣除该受热面接受的炉膛辐射热量，即 D （h ”- h ） Q d = ―B— - Q f ,kJ/kg式中 Q f ——受热面吸收来自炉膛的辐射热量,kJ/kg ；D ——工质流量，kg/s ； h ”、h f — 受热面出口及入口的工质焓值,kJ/kg 。
对流换热
11
1）连续性微分方程（质量守恒） u v 0 x y 2）动量微分方程（动量守恒）
纳维(N. Navier)-斯托克斯(G. G. Stokes)方程
y
dy
微元体
0
dx
x
2 2 u u u p u u x方向: （ u v ) Fx ( 2 2 ) x y x x y
2 外掠平板层流换热分析结果
对于常物性、无内热源、不可压缩牛顿流体纵掠 等壁温平板层流换热：
24
特征数关联式 对于Pr0.6的流体掠过等壁温平板层流换热 hx x Nux 是以 x 为特征长 1/2 1/3 Nu x 0.332 Rex Pr 度的局部努塞尔数 u x 平均表面传热系数h 为 Rex l l 1 1 1/2 1/2 2 C l 2hxl h hx dx C x dx l 0 l 0 平均努塞尔数: hl 2hl l Nu 0.664Re1/2 Pr1/3 Nu 2 Nu x l 注意：上述关系式仅适用于Pr0.6的流体外掠等壁 温平板层流换热，定性温度为边界层的算术平均温度 1 tm t w t 2
q w, x
t y w, x
根据牛顿冷却公式：
qw, x hx (t w -t ) W m 2
t hx t w t y w, x
hx 为局部表面传热系数
W (m C)
2
1 h hx dA（固体表面温度均匀时） A A
10
假设： (a) 流体为连续性介质。
(b) 流体的物性参数为常数，不随温度变化。 (c) 流体为不可压缩性流体。通常流速低于四分之一声 速的流体可以近似为不可压缩性流体。 (d) 流体为牛顿流体，即切向应力与应变之间的关系为 线性，遵循牛顿公式 ： u y (e) 流体无内热源，忽略粘性耗散产生的耗散热。 (f) 二维对流换热。
对流换热以作为基本计算式
对流换热以作为基本计算式
对流换热是指通过流体的流动来传递热量的过程。
在工程领域中，对流换热是一种非常常见的现象，例如空气冷却器、汽车散热器、锅炉等都是利用对流换热来实现热量的传递。
本文将从对流换热的基本计算式入手，探讨对流换热的相关知识。
对流换热的基本计算式为：
Q = hAΔT
其中，Q表示热量，h表示对流换热系数，A表示传热面积，ΔT表示温度差。
这个公式是对流换热计算的基础，可以用来计算各种对流换热设备的传热量。
对流换热系数h是一个非常重要的参数，它反映了流体流动状态、传热面积、流体性质等因素对传热的影响。
对于不同的流体和不同的流动状态，对流换热系数也会有所不同。
例如，对于水在管内的流动，当流速较低时，对流换热系数较小，当流速较高时，对流换热系数较大。
传热面积A也是影响对流换热的重要因素之一。
传热面积越大，传热量也就越大。
例如，在散热器中，通过增加散热片的数量和面积，可以增加传热面积，从而提高散热效果。
温度差ΔT是指传热面两侧的温度差异。
温度差越大，传热量也就
越大。
例如，在汽车散热器中，通过增加冷却液的流速，可以增加冷却液与空气之间的温度差，从而提高散热效果。
除了基本计算式外，对流换热还有一些其他的计算方法。
例如，对于自然对流换热，可以使用格拉斯霍夫数来计算对流换热系数。
对于强制对流换热，可以使用雷诺数来计算对流换热系数。
对流换热是一种非常重要的传热方式，广泛应用于各种工程领域。
通过对对流换热的基本计算式和相关知识的了解，可以更好地理解对流换热的原理和应用。
对流换热计算
数 cl 。对于带有尖角入口的短管，推荐的入口效应修正系数为 cl = 1 + (d )l 0.7 。
实际上，不同入口条件的管内流动会对入口段的换热带来不同的影响，图 5-5
二次回流
d
R
图 5-4 弯曲管道流动情况示意图
弯曲管道内的流体流动换热必须在平直管计算结果的基础上乘以一个大于 1 的 修 正 系 数 cR 。 在 流 体 为 气 体 时 cR = 1 + 1.77(d / R) ； 在 流 体 为 液 体 时 cR = 1 + 10.3(d / R)3 ；式中 R 为弯曲管的曲率半径。
(5-2)
l
d
≈
1
0.623 Re 4
或
l d ≈ 50
(5-3)
由于在进口段流动边界层和热边界层是逐步发展的，随着边界层的逐步增 厚流体与管壁之间的表面传热系数也从进口处的最大值逐步减小，当流动进入 充分发展阶段之后表面传热系数趋于一个定值。如果边界层在汇合之前从层流 变为紊流，由于在紊流中同时存在流体微团的动量和热量的交换，换热性能就
Nu = 0.023 Re0.8 Pr n
( Re =104~1.2 × 105)
(5-7)
其中特征尺寸为管径 d，特征速度取管内流体的平均流速 um，流体的定性温度
为平均温度 t f
=
(t
' f
+
t
" f
)
/
2
；当流体被加热（
tw
>tf
）时 n =0.4,而流体被冷却
对流换热系数计算公式
对流换热系数计算公式对流换热是指物体通过与流体介质接触，通过传导和对流传热方式将热量传递到流体介质中的过程。
在工程领域中，计算对流换热系数是非常重要的，因为它可以用来确定热传递的速率和效率。
对于不同的情况和应用，有多种不同的计算公式可以用来计算对流换热系数。
一般来说，对流换热系数可以通过下面的公式进行计算：h = α * λ / L其中，h是对流换热系数，α是换热系数，λ是热导率，L是特征长度。
这个公式可以应用于一维对流换热的情况，例如平板上的自然对流换热。
在实际应用中，常用的对流换热系数计算公式有很多种，下面将介绍其中几种常用的公式。
1. 冷却水冷却塔中的对流换热系数计算公式：在冷却水冷却塔中，通常使用的计算对流换热系数的公式是Lockhart-Martinelli方法。
这个方法适用于传统冷却塔中的冷却效果。
对于水和空气的组合，Lockhart-Martinelli公式可以表示为：h = (C * ((ρ^2 * μ^2 * g * ΔP) / (λ * (ρ^2 + μ^2)^0.5)))^(1/3)其中，h是对流换热系数，C是常数，ρ是密度，μ是动力粘度，g 是重力加速度，ΔP是压力降，λ是热导率。
这个公式可以通过测量流体的物理性质和实验数据来计算对流换热系数。
2. 管内对流换热系数计算公式：在管内对流换热中，常用的计算公式是Dittus-Boelter公式。
对于液体在光滑管道中的对流换热系数，Dittus-Boelter公式可以表示为：Nu = 0.023 * Re^0.8 * Pr^0.33h = (Nu * λ) / D其中，Nu是Nusselt数，Re是雷诺数，Pr是普朗特数，h是对流换热系数，λ是热导率，D是管道直径。
在这个公式中，Re计算了流体的惯性力与黏性力的比例，Pr计算了流体的动量和热量的比例。
3. 计算炉内对流换热系数的公式：在工业炉内的对流换热中，常用的计算公式是Gnielinski公式。
对流换热计算
(
)
总散热量 Φ = Φ1 + Φ 2 = 112.5 + 278.8 = 391.3W
例题
在一次对流换热实验中，10℃的水以1.6m/s的速度流入内 径为28mm、外径为31mm、长为1.7m的管子。管子外表面均 匀地缠绕着电阻带作为加热器，其外还包有绝热层。设加 热器总功率为42.05kW，通过绝热层的散热损失为2％，管 材的导热系数为18W/mK。试确定： （1）管子出口处的平均水温； （2）管子外表面的平均温度。
Nu f λ f di
(
)
0 .8
8.27 0.4 = 250.8
250.8 × 58.65 ×10 −2 = = 5253.4W/ m 2 ⋅ 根据热平衡计算内壁温度 Φ ' = hAl (t wi − t f )
Φ' Φ' 41.21×103 t wi = +tf = +tf = + 15 = 67.5 ℃ −3 hAl hπd i l 5253 × 3.14 × 28 ×10 ×1.7
(
−3 2
) × 4.191×10
3
= 20℃
要求管外壁温度，必须首先知道管内壁温度。而管内壁温 度的大小与管内流体与管内壁的换热有关，因此应先计算 流体与管内壁的对流换热表面传热系数，此时的换热属于 管内流体强制对流换热。
• 定性温度：t f = 1 (t 'f + t "f ) = 1 (10 + 20) = 15℃
gβ∆tl 3
ν2
gβ∆tl 3
ν2
g∆tl 3 9.81× (50 − 10)× 23 = = 2 Tmν (30 + 273)× 16 ×10 −6
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λf • 查取物性参数： = 58.65 ×10 −2 W/ (m ⋅ K ), ν f = 1.156 ×10 −6 m 2 /s, Pr f = 8.27
• 计算已定准则 Re f =
ud i
νf
1.6 × 28 ×10 −3 = = 3.875 ×10 4 1.156 ×10 −6
• 选取公式 Nu f = 0.023 Re 0f.8 Pr f0.4 = 0.023 3.875 ×10 4 • 计算表面传热系数 h =
1.6m/s 10℃ 水
28
31
解：热稳定时，加热器产生的热量等于通过绝热层散失的热 量加上水在管内吸收的热量，所以水在管内吸收的热量为
Φ ' = Φ(1 − 2% ) = 42.05 × (1 − 2% ) = 41.21kW
& Φ ' = mc p t "f − t 'f
" f ' f
(
)
Φ' Φ' 4Φ ' ' ' t =t + = tf + = tf + & mc p ρuAc p ρuπd i2 c p = 10 + 4 × 41.21×103 999.7 ×1.6 × 3.14 × 28 ×10
ud o
νm
41842.8 × 35 ×10 −3 = = 1.0607 ×10 4 2.5 × 3600 ×15.34 ×10 −6
1 选取公式 Nu m = 0.0266 Re 0.805 Prm/ 3 = 0.0266 1.0607 ×105 m
(
) (0.702)
0.805
1/ 3
= 262.6
gβ∆tl 3
ν2
gβ∆tl 3
ν2
g∆tl 3 9.81× (50 − 10)× 23 = = 2 Tmν (30 + 273)× 16 ×10 −6
(
)
2
= 4.047 ×1010
1/ 3
计算公式 Nu m = 0.11(Gr Pr ) = 0.11(4.047 ×10 × 0.701) = 335.5
例题
在一次对流换热实验中，10℃的水以1.6m/s的速度流入内 径为28mm、外径为31mm、长为1.7m的管子。管子外表面均 匀地缠绕着电阻带作为加热器，其外还包有绝热层。设加 热器总功率为42.05kW，通过绝热层的散热损失为2％，管 材的导热系数为18W/mK。试确定： （1）管子出口处的平均水温； （2）管子外表面的平均温度。
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
Φ' = t wo − t wi 1 d ln o 2πλl d i
t wo
do 41.21×103 31 = Φ' ln + t wi = ln + 67.5 = 89.3 ℃ 2πλl d i 2 × 3.14 ×18 ×1.7 28 1
Nu f λ f di
(
)
0 .8
8.27 0.4 = 250.8
250.8 × 58.65 ×10 −2 = = 5253.4W/ m 2 ⋅ K 28 ×10 −3
(
)
• 根据热平衡计算内壁温度 Φ ཥ.21×103 t wi = +tf = +tf = + 15 = 67.5 ℃ −3 hAl hπd i l 5253 × 3.14 × 28 ×10 ×1.7
例题
一个优秀的马拉松长跑运动员可以在2.5h内跑完全程 （ 41842.8 m）。为了估计他在跑步过程中消耗的热量， 可以作这样的简化：把人体看成是高1.75m、直径为 0.35m的圆柱体，皮肤温度作为柱体表面温度，取31℃； 空气是静止的，温度为15℃。不计柱体两端的散热，试据 此估计一个马拉松长跑运动员跑完全程的散热量（不计出 汗散热的部分）。
对流换热计算
对流换热计算的主要步骤
• 确定换热类型； • 计算定性温度； • 根据定性温度查取物性参数； • 计算已定准则； • 根据已定准则选取实验关联式； • 核实题目条件与关联式条件是否吻合； • 作相应的修正。
例题
' 1.水流过长 l = 5m 、壁温均匀的直管时，从 t f = 25.3 ℃ 被加热 “ 到 t f = 34.6 ℃ 。管子的内径 d = 20mm ，水在管内的流速 为 u = 2m/s ，求表面传热系数和管内壁温度。
计算表面传热系数 h =
Nu f λ f d
=
258.5 × 0.618 = 7988W/ m 2 ⋅ K 20 ×10 −3
(
)
计算管子内壁温度，根据热平衡原理有 Φ πd 2 " ' tw = t f + = 39.7 ℃ Φ = ρu c p (t f − t f ) = hπdl (t w − t f ) hπdl 4 检查所用公式的适用条件与题目是否相符
解：该问题属于外掠圆柱体的对流换热。 定性温度：tm =
1 (tw + t∞ ) = 1 (31 + 15) = 23℃ 2 2
−2 −6 2 查取物性参数 λm = 2.164 ×10 W/ (m ⋅ K ), ν m = 15.34 ×10 m /s, Prm = 0.702
计算已定准则 Re m =
(
)
水平部分 Grm =
gβ∆td 3
ν2
g∆tl 3 9.81× (50 − 10)× 10 ×10 − 2 = = 2 Tmν (30 + 273)× 16 ×10−6 2
(
(
)
)
3
= 5.059 ×106
计算公式 Nu m = 0.48(Gr Pr ) = 0.48 × (5.059 ×10 × 0.701) = 20.8
1/ 4 m 6 1/ 4
表面传热系数
Nu m λm 20.8 × 2.67 × 10 −2 = 5.55W/ m 2 ⋅ K h= = d 10 × 10 − 2
(
)
散热量 Φ 2 = hA(t w − t∞ ) = h2πdl ' (t w − t∞ )
= 5.55 × 3.14 × 10 ×10 − 2 × 4 × (50 − 10 ) = 278.8W
计算表面传热系数
Nu m λm 262.6 × 2.164 × 10 −2 h= = = 19.6 W/ m 2 ⋅ K do 35 × 10 − 2
(
)
计算散热量 Φ = hA(t w − t∞ ) = hπdH (t w − t∞ )
= 19.6 × 3.14 × 0.35 ×1.75(31 − 15) = 603.55W = 5.5 ×10 6 J
例题
• 室内有一散热管道，布置如图。试计算该管道的散热量。 假设管道表面温度为50℃，室内空气温度为10℃，管道 的直径为10cm。
4m 10cm
2m
解：该问题属于自然对流换热。 1 1 定性温度 tm = (t w + t∞ ) = (50 + 10) = 30℃
2 2
查取物性参数 λm = 2.67 ×10−2 W/ (m ⋅ K ), ν m = 16.00 ×10−6 m 2 /s, Prm = 0.701 计算已定准则 Grm = 竖直管部分 Grm =
u = 2m/s
d = 20mm
l = 5m
t 'f = 25.3 ℃ t“f = 34.6 ℃
解：该换热属于管内强制对流换热。 定性温度 t
= 1 ' (t f + t "f ) = 1 (25.3 + 34.6) = 30 ℃ 2 2
f
f
查取物性参数 λ = 0.618W (m ⋅ K ) ν f 计算已定准则
(
−3 2
) × 4.191×10
3
= 20℃
要求管外壁温度，必须首先知道管内壁温度。而管内壁温 度的大小与管内流体与管内壁的换热有关，因此应先计算 流体与管内壁的对流换热表面传热系数，此时的换热属于 管内流体强制对流换热。
• 定性温度：t f = 1 (t 'f + t "f ) = 1 (10 + 20) = 15℃
ud
= 0.805 × 10−6 m 2 /s
Pr f = 5.42
2 × 20 ×10 −3 Re f = = = 4.97 ×10 4 ν 0.805 ×10 −6
0 .8
0 .4 选取实验关联式 Nu f = 0.023 Re 0f.8 Pr f0.4 = 0.023(4.97 ×10 4 ) (5.42) = 258.5
(
)
总散热量 Φ = Φ1 + Φ 2 = 112.5 + 278.8 = 391.3W
1/ 3 m 10
计算表面传热系数 散热量
Nu m λm 335.5 × 2.67 × 10 −2 = = 4.48W/ m 2 ⋅ K h= l 2
(
)
Φ1 = hA(t w − t∞ ) = hπdl (t w − t∞ )
= 4.48 × 3.14 × 10 ×10 − 2 × 2 × (50 − 10 ) = 112.5W