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* * 第五章 传 热 5.4 对流传热 对流传热是指运动流体与固体壁面之间的热量传递过程，对流传热与流体的流动状况密切相关。 对流传热 概述 图5-12 对流传热的温度分布情况 无相变 有相变 强制对流 自然对流 对流传热 蒸汽冷凝 液体沸腾 概述 第五章 传 热 5.4 对流传热 5.4.1对流传热机理和对流传热系数 图5-12 对流传热的温度分布情况 一、对流传热机理 一、对流传热机理 当湍流的流体流经固体壁面时，将形成湍流边界层，若流体温度与壁面不同，则二者之间将进行热交换。 层流内层 缓冲层 湍流核心 湍流边界层 传热方式 热传导 热传导和涡流传热 涡流传热 层流内层 缓冲层 湍流核心 湍流边界层 温度梯度 较大 居中 较小 热阻 较大 居中 较小 对流传热是集热对流和热传导于一体的综合现象。对流传热的热阻主要集中在层流内层，因此，减薄层流内层的厚度是强化对流传热的主要途径。 一、对流传热机理 二、热边界层及对流传热系数 靠近壁面的存在温度梯度的薄流体层定义为热边界层。在热边界层以外的区域，流体的温度基本上相同，即温度梯度可视为零。 热边界层 图 5-13 平板上的热边界层 二、热边界层及对流传热系数 若紧靠壁面处薄层流体内的传热只能是热传导，因此传热速率可用傅立叶定律表示，即 紧靠壁面处薄层流体的温度梯度 二、热边界层及对流传热系数 根据牛顿冷却定律，流体和壁面间的对流传热速率方程为 换热器任一截面上与热流体相接触一侧的壁温 换热器任一截面上热流体的平均温度 二、热边界层及对流传热系数 因此有 对流传热系数的另一定义式，它表明了对流传热系数与壁面温度梯度之间的关系。 二、热边界层及对流传热系数 二、热边界层及对流传热系数 当流体流过圆管进行传热时，管内热边界层的形成和发展。 对于一定的管长，破坏边界层的发展也能强化对流传热。 对于同一种流体，强制对流传热的对流传热系数要大于自然对流的，有相变化的要大于无相变化的。 第五章 传 热 5.4 对流传热 5.4.1 对流传热机理和对流传热系数 5.4.2 对流传热的量纲分析 一、影响对流传热系数的因素 1.流体的种类和相变化的情况 2.流体的特性：导热系数、黏度、比热容、密度以及体积膨胀系数 3.流体的温度 4.流体的流动状态 5.流体流动的原因 6.传热面的形状、位置和大小 二、对流传热过程的量纲分析 1.根据对问题的观察，找出影响对流传热过程的因素 2.通过量纲分析确定相应的量纲为一数群（准数） 3.通过实验确定相应的经验关联式公式。 量纲分析步骤 量纲分析的基本依据是π定理：一个表示n个物理量间关系的量纲一致的方程式，一定可以转换成包含n-m个独立的量纲为一数群间的关联式，m指n个物理量中所涉及的基本量纲的数目。量纲分析的核心在于确定n和m，并用一定技巧将各个量纲为一数群的内涵确定下来。 量纲分析基本依据 二、对流传热过程的量纲分析 1.流体无相变时的强制对流传热过程 （1）列出影响该过程的物理量 传热设备的特征尺寸 二、对流传热过程的量纲分析 （2）确定量纲为一数群的数目 上述7个变量（物理量）涉及到4个基本量纲： 长度、质量、时间和温度 依据π定理，量纲为一数群的数目等于7-4=3 二、对流传热过程的量纲分析 通过量纲分析，可确定 努赛尔特数 (Nusselt number) 雷诺数 (Reynolds number) 表示对流传热系数的准数 表示惯性力与黏性力之比，是表征流动状态的准数 二、对流传热过程的量纲分析 普兰德数 (Prandtl number) 表示速度边界层和热边界层相对厚度的一个参数，反映与传热有关的流体物性。 强制对流（无相变） 传热时的准数关联式 因此，有 二、对流传热过程的量纲分析 2.自然对流传热过程 （1）列出影响该过程的物理量 传热设备的特征尺寸 作用在单位体积流体上的浮力 二、对流传热过程的量纲分析 （2）确定量纲为一数群的数目 上述7个变量（物理量）涉及到4个基本量纲： 长度、质量、时间和温度 依据π定理，量纲为一数群的数目等于7-4=3 二、对流传热过程的量纲分析 通过量纲分析，可确定 努赛尔特数 (Nusselt number) 普兰德数 (Prandtl number) 二、对流传热过程的量纲分析 格拉斯霍夫数 (Grashof number) 表示由温度差引起的浮力与黏性力之比 自然对流（无相变） 传热时的准数关联式 因此，有 二、对流传热过程的量纲分析 3.使用由实验数据整理得到的关联式应注意的问题 （1）应用范围 关联式中Re、Pr等准数的数值范围等； （2）特性尺寸 Nu、Re