2009-12-1
第四章
传热 一、对流传热的分析
二、壁面和流体的对流传
热速率
三、热边界层第三节对流传热
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一、对流传热的分析
流体沿固体
壁面的流动
滞流内层
缓冲层
湍流主体
流体分层运动, 相邻层间没有流体的
宏观运动 。 在垂直于流动方向上不存
在热对流, 该方向上的热传递仅为流
体的热传导 。 该层中 温度差较大, 即
温度梯度较大 。
热对流和热传导作用大致相同, 在该层
内温度发生较缓慢的变化 。
温度梯度很小, 各处的温度基本相同 。
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对流传热是集对流和热传导于一体的综合现象 。
对流传热的 热阻主要集中在滞流内层 。 减薄滞流内层的厚
度是强化对流传热的主要途径 。
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二、壁面和流体间的对流传热速率
1、对流传热速率表达式
据传递过程速率的普遍关系, 壁面和流体间的对流传热速率：
对流传热阻力
对流传热推动力对流传热速率 ?推动力系数 ??
推动力：壁面和流体间的温度差
阻力：影响因素很多, 但与壁面的表面积成反比 。
对流传热速率方程可以表示为：
dS
TTdQ w
?
1
??
dSTT w )( ?? ? —— 牛顿冷却定律
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在换热器中, 局部对流传热系数 α随管长而变化, 但在
工程计算中, 常使用平均对流传热系数, 此时牛顿冷却定
律可以表示为,tSQ ?? ?
2,对流传热系数
对流传热系数 a定义式：
tS
Q
???
表示 单位温度差下, 单位传热面积的对流传热速率 。
单位 W/m2.k。
反映了 对流传热的快慢, 对流传热系数大, 则传热快 。
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三、热边界层与换热微分方程式
热边界层 （ 温度边界层 ）,
壁面附近因换热而使流体温度发生了变化的区域 。
规定 )(99.0
???? TTTT ww 处为热边界层的界限,
热边界层的厚度常用 T? 表示 。
温度边界层内的温度分布与流动边界层内流体的流动情况
有关：
? 在靠近壁的层流内层中流动为层流, 热量传递通过导热进
行 。 温度分布曲线的斜率大 （ 温度梯度大 ） 。
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?在缓冲层内, 由于对
流传热的作用, 温度
梯度变小 。
?在湍流核心, 质点湍
动强烈, 对流很快,
温度梯度更小 。
如果用
0?
?????? ??
nn
T 表示贴壁处流体的温度梯度,
则
0?
?????? ????
nn
TdSdQ ? 与牛顿冷却定律 TdSdQ ?? ? 联立：
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0?
?????? ?????
nn
T
T
??
—— 理论上计算对流传热系数的基础
表明：对一定的流体, 当流体与壁面的温度差一定时, 对
流传热系数之取决于紧靠壁面流体的温度梯度 。
热边界层的厚薄, 影响层内温度分布, 因而影响温度梯度
。 当边界层内, 外的温度差一定时, 热边界层越薄, 温度梯
度越大, 因而 α也就上升 。 因此 通过改善流动状况, 使层流
底层厚度减小, 是强化传热的主要途径之一 。