对流传热的基本原理

对流传热的基本原理

在工程上，对流传热是指流体固体壁面的传热过程，它是依靠流体质点的移动进行热量传递的。因此与流体的流动情况密切相关。热流体将热量传给固体壁面，再由壁面传给冷流体。由流体力学知，流体流经圆体壁面时，在靠近壁面处总有一薄层流体顺着壁面做层流流动，即层流底层。当流体做层流流动时，在垂直于流动方向的热量传递，主要以热传导方式进行。由于大多数流体的导热系数较小，故传热热阻主要集中在层流底层中，温差也主要集中在该层中。而在湍流主体中，由于流体质点剧烈混合，可近似的认为无传热热阻，即湍流主体中基本上没有温差。在层流底层与湍流主体之间存在着一个过渡区，在过渡区内，热传导与热对流均起作用使该区的温度发生缓慢变化。
所以，层流底层的温度梯度较大，传热的主要热阻即在此层中，因此，减薄层流底层的厚度δ是强化对流传热的重要途径。在传热学中，该层又称为传热边界层（Thermal Boundary Layer）。 从对流传热过程的分析可知这一个复杂的传热过程影响对流传热速率的因素很多，为了方便起见，工程上采用一种简化的方法，即将流体的全部温差集中在厚度为δ的一层薄膜内，但薄膜厚度θ难以测定，所以用α代替λ/δ将对流传热速率写成如下形式：
此式称为对流传热速率方程式，亦称牛顿冷却定律。
式中：Φ－对流传热速率。（热流量rw）
A—传热面积，m2
ΔT—对流传热温度差（℃/K）
Tw—与流体接触的壁面温度，℃
T—流体的平均温度
α－对流传热系数
R—对流传热热阻，℃/W
并非理论推导，而是一种推论。即假设单位面积传热量与温度差ΔT成正比。－将所有复杂的因素都转移到对流传热系数α中去了。 ①流体在传热过程中有无相变、汽化、冷凝。
②流体的流动状态和起因。
③流体流动的原因：强制对流、自然对流。
④物体的物理性质：ρ、Cp、λ、μ、体积膨胀系数等。
⑤传热表面的形状、位置及大小等。

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