[科普中国]-对流热传递

分类

对流热传递可以分为有相变和无相变两大类。

1、有相变对流热传递

有相变的对流热传递又可分为沸腾换热和凝结换热。

2、无相变对流热传递

无相变对流热传递可以分为强制对流、自然对流和混合对流三类。其中强制对流又可分为内部流动和外部流动。自然对流可分为大空间自然对流和有限空间自然对流。

影响因素影响对流热传递的因素不外是影响流动的因素及影响流体中热量传递的因素。这些因素归纳起来可以分为以下五个方面。

1、流体流动的起因

由于流动起因的不同，对流热传递可以区别为强制对流热传递与自然对流热传递两大类。前者是由于泵、风机或其他外部动力源所造成的，而后者通常是由于流体内部的密度差所引起。两种流动的成因不同，流体中的速度场也有差别，所以换热规律不一样。

2、流体有无相变

在流体没有相变时对流热传递中的热量交换是由于流体显热的变化而实现的，而在有相变的换热过程中(如沸腾或凝结)，流体相变热(潜热)的释放或吸收常常起主要作用，因而换热规律与无相变时不同。

3、流体的流动状态

流体力学的研究已经查明，粘性流体存在着两种不同的流态——层流及湍流。层流时流体微团沿着主流方向作有规则的分层流动，而湍流时流体各部分之间发生剧烈的混合，因而在其他条件相同时湍流换热的强度自然要较层流强烈。

4、换热表面的几何因素

这里的几何因素指的是换热表面的形状、大小、换热表面与流体运动方向的相对位置以及换热表面的状态（光滑或粗糙）。

5、流体的物理性质

流体的热物理性质对于对流热传递有很大的影响。以无相变的强制对流热传递为例，流体的密度ρ、动力粘度η、导热系数λ以及比定压热容cp等都会影响流体中速度的分布及热量的传递，因而影响对流热传递。

内冷发电机的冷却介质从空气改成水可以提高发电机的出力，就是利用了水的热物理性质有利于强化对流热传递这一事实。1

研究方法研究对流热传递的方法，即获得表面传热系数的表达式的方法大致有以下四种：分析法、实验法、比拟法和数值法。

1、所谓分析法，主要是指对描写某一类对流热传递间题的偏微分方程及相应的定解条件进行数学求解，从而获得速度场和温度场的分析解的方法。.

由于数学上的困难，虽然目前只能得到个别简单的对流热传递问题的分析解，但分析解能深刻揭示各个物理量对表面传热系数的依变关系，而且是评价其他方法所得结果的标准与依据。.

2、通过实验获得的表面传热系数的计算式仍是目前工程设计的主要依据。为了减少实验次数、提高实验测定结果的通用性，传热学的实验测定应当在相似原理指导下进行。可以说，在相似原理指导下的实验研究是目前获得表面传热系数关系式的主要途径。

3、所谓比拟法，是指通过研究动量传递及热量传递的共性或类似特性，以建立起表面传热系数与阻力系数间的相互关系的方法。应用比拟法，可通过比较容易用实验测定的阻力系数来获得相应的表面传热系数的计算公式。在传热学发展的早期，这一方法曾广泛用来获得湍流换热的计算公式。随着实验侧试技术及计算机技术的迅速发展，近年来这一方法已较少应用。但是，这一方法所依据的动量传递与热量传递在机理上的类似性，对理解与分析对流热传递过程很有帮助。

4、对流热传递的数值求解方法在近些年得到了迅速发展，并将会日益显示出其重要的作用。与导热问题的数值求解方法相比，对流热传递的数值求解增加了两个难点，即对流项的离散及动量方程中的压力梯度项的数值处理。1

热量计算对流热传递以牛顿冷却公式为其基本计算式，即

式中：

——对流热传递所传递的热量；

——表面传热系数；

——传热面积；

——传热面积上的平均温差。2