4.3对流传热 对流传热是指流体中质点发生相对位移而引起的热交换。对流传热仅发生在流体中，与流体的 流动状况密切相关。实质上对流传热是流体的对流与热传导共同作用的结果。 流体和壁 4,31对流传热过程分村 发著换热，引起壁面法向方向上温度分布的变化。形成 化的区域，称为热边界层或温度边界层 由于对流是依靠流体内部质点发生位移来进 行热量传递，因此对流传热的快慢与流体流动的 状识有关。 在流体流动一章中曾讲了流体流动型 态有层流和湍流。层流流动时，由于流体质点只 层流层 在流动方向上作 ~维运动，在传热方向上无质点 运动，此时主要依靠热传导方式来进行热量传递 但由于流体内部存在温差还会有少量的自然对 流，此时传 尽量避免此 为游 靠近壁面处流体流动分 别为层流底层、 女面上的温麦分市 层流底层：流体质点只沿流动方向上作二维 运动，在传热方向上无质点的混合，温度变化大， 对漆传执的识厚分布 传热主要以热传导的方式进行。导热为主，热阻大，温差大。 湍流核心：在远离壁面的湍流中心，流体质点充分混合，温度趋于一致（热阻小），传热主要 以对流方式进行。质点相互混合交换热量， 温差小、。 两种芳 温度分布不像湍流主体那么均匀，也不像层流底层变化明显，传热以热传导和对流 的分机 中。如 所以， 湍流流动时，热阻主要集中在层流底层 432对流传热速率方程 对流传热大多是指流体与固体壁面之间的传热，其传热速率与流体性质及边界层的状况密切相 关。如图在靠近壁面处引起温度的变化形成温度边界层。温度差主要集中在层流底层中。假设流体 与固体壁面之间的传热热阻全集中在厚度为ǒ有效膜中，在有效膜之外无热阻存在，在有效膜内传 热主要以热传导的方式进行。该膜既不是热边界层，也非流动边界层，而是一集中了全部传热温差 形导热式传热的虚拟膜。由此假定，此时的温度分布情况如下图所示。 ：0,=0。+0 式中6 总有效膜厚度： 一湍流区虚拟膜厚度： 层流底层膜厚度。 使用傅立叶定律表示传热速率在虚拟膜内： 流体被加热：Q=。4w-) 流体被冷却：Q=文MT,-刀 设α=名，对流传热速率方程可用牛顿冷却定律米描述： 流体被加热：Q=a4(1.-) 流体被冷却：Q'=a4Tw-T刀 式中Q', a.a ,wm2.c)片 1 4.3 对流传热 对流传热是指流体中质点发生相对位移而引起的热交换。对流传热仅发生在流体中，与流体的 流动状况密切相关。实质上对流传热是流体的对流与热传导共同作用的结果。 4.3.1 对流传热过程分析 流体在平壁上流过时，流体和壁面间将进行换热，引起壁面法向方向上温度分布的变化，形成 一定的温度梯度，近壁处，流体温度发生显著变 化的区域，称为热边界层或温度边界层。 由于对流是依靠流体内部质点发生位移来进 行热量传递，因此对流传热的快慢与流体流动的 状况有关。在流体流动一章中曾讲了流体流动型 态有层流和湍流。层流流动时，由于流体质点只 在流动方向上作一维运动，在传热方向上无质点 运动，此时主要依靠热传导方式来进行热量传递， 但由于流体内部存在温差还会有少量的自然对 流，此时传热速率小，应尽量避免此种情况。 流体在换热器内的流动大多数情况下为湍 流，下面我们来分析流体作湍流流动时的传热情 况。流体作湍流流动时，靠近壁面处流体流动分 别为层流底层、过渡层（缓冲层）、湍流核心。 层流底层：流体质点只沿流动方向上作一维 运动，在传热方向上无质点的混合，温度变化大， 传热主要以热传导的方式进行。导热为主，热阻大，温差大。 湍流核心：在远离壁面的湍流中心，流体质点充分混合，温度趋于一致（热阻小），传热主要 以对流方式进行。质点相互混合交换热量，温差小。 过渡区域：温度分布不像湍流主体那么均匀，也不像层流底层变化明显，传热以热传导和对流 两种方式共同进行。质点混合，分子运动共同作用,温度变化平缓。 根据在热传导中的分析，温差大热阻就大。所以，流体作湍流流动时，热阻主要集中在层流底层 中。如果要加强传热，必须采取措施来减少层流底层的厚度。 4.3.2 对流传热速率方程 对流传热大多是指流体与固体壁面之间的传热，其传热速率与流体性质及边界层的状况密切相 关。如图在靠近壁面处引起温度的变化形成温度边界层。温度差主要集中在层流底层中。假设流体 与固体壁面之间的传热热阻全集中在厚度为 δt 有效膜中，在有效膜之外无热阻存在，在有效膜内传 热主要以热传导的方式进行。该膜既不是热边界层，也非流动边界层，而是一集中了全部传热温差 并以导热方式传热的虚拟膜。由此假定，此时的温度分布情况如下图所示。 建立膜模型：  t =  e + 式中  t ──总有效膜厚度；  e ──湍流区虚拟膜厚度；  ──层流底层膜厚度。 使用傅立叶定律表示传热速率在虚拟膜内： 流体被加热： Q A t t t = −   ( w ) 流体被冷却： Q A T T t =   −   ( w ) 设    = t ，对流传热速率方程可用牛顿冷却定律来描述： 流体被加热： Q = A(tw − t) 流体被冷却： Q =A(Tw −T) 式中Q’,Q──对流传热速率，W； ’,──对流传热系数，W/(m2·℃)；