§5-1 对流换热概述与对流换热微分方程解析

Heat Transfer
建筑工程系
Construction Engineering Department
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§5-1 对流换热概述与对流换热微分方程
❖ 本节重点 ❖ １．对流换热的概念：流体固体壁面； ❖ 2．对流换热中，导热和对流同时起作用； ❖ 3．对流换热的影响因素：，h——过程量； ❖ 4．对流换热系数如何确定：
二、 对流换热的特点
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(1) 对流换热的特点 １）必须有流体的宏观运动，必须有温差； ２）对流换热既有热对流，也有热传导； ３）流体与壁面必须有直接接触； ４）没有热量形式之间的转化.
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三、对流换热的基本计算式
上、单位时间内所传递的热量。
如何确定h及增强换热的措施是对流换热
的核心问题。
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研究对流换热的方法：
（1）分析法 （2）实验法 （3）比拟法 （4）数值法
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（3）粘度：粘度大，阻碍流体的运动，不利于热对流。 温度对粘度影响较大，对应液体，粘度随温度增加而降低， 气体相反。
h (流体内部和流体与壁面 间导热热阻小 )
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五、影响对流换热系数的因素 h
❖流体流动的起因 ❖流体有无相变 ❖流体的流动状态 ❖换热表面的几何因素 ❖流体的物理性质
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对流换热是指流体流经固体时流体与固体表面之 间的热量传递现象。
● 对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热；
不是基本传热方式
● 对流换热实例：1) 暖气管道; 2) 电子器件冷却；
3)电风扇
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传热学
建筑环境与设备工程专业主干课程之一 !
§5 对流换热分析
Chapter5 The Analysis of Convection Heat Transfer
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(3) 流体有无相变
单相换热： 相变换热：凝结、沸腾、升华、凝固、融化
(4) 换热表面的几何因素：
内部流动对流换热：管内或槽内 外部流动对流换热：外掠平板、圆管、管束
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(1) 流动起因
自然对流：流体因各部分温度不同而引起的 密度差异所产生的流动
强制对流：由外力（如：泵、风机、水压头） 作用所产生的流动
h强制 h自然
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（1）导热系数：导热系数大，流体内和流体与壁之间的 导热热阻小，换热就强，入水的导热导热系数比空气高 20余倍，故水的传热系数h远比空气高。
（2）比热容与密度：比热容与密度大的流体，单位体积 携带更多的热量，从而对流作用传递的能量高。
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•自然界普遍存在对流换热，它比导热更复杂。
•到目前为止，对流换热问题的研究还很不充分。(a) 某 些方面还处在积累实验数据的阶段；(b) 某些方面研究 比较详细，但由于数学上的困难；使得在工程上可应用 的公式大多数还是经验公式（实验结果）
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(2) 流动状态
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h湍流 h层流
层流：整个流场呈一簇互相平行的流线 （Laminar flow
）
湍流：流体质点做复杂无规则的运动（紊流）（Turbulent flow）
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牛顿冷却式:
Φ hA(tw t ) W
qΦ A h(tw t ) W m2
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四、 表面传热系数（对流换热系数）
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h Φ ( A(tw t )) W (m2C)
h—— 当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积
牛顿公式 Q h A t
只是对流换热系数h的一个定义式，它并没有揭示h 与影 响它的各物理量间的内在关系，研究对流换热的任务就是要 揭示这种内在的联系，确定计算表面换热系数的表达式。
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一 、 对流换热的定义
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本章内容要求：
❖重点内容：对流换热及其影响因素；牛顿冷却 公式；用分析方法求解对流换热问题的实质； 边界层概念及其应用；相似原理；无相变换热 的表面传热系数及换热量的计算。
❖掌握内容：对流换热及其影响因素；用分析方 法求解对流换热问题的实质。
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(5) 流体的热物理性质： 热导率 [W (mC)] 运动粘度 [m2 s]
比热容 c [J (kgC)] 密度 [kg m3]
动力粘度 [N s m2 ] 体胀系数 [1 K]
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