对流传热基本原理

发布网友 发布时间：2024-10-18 06:54

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热心网友 时间：2024-11-16 19:15

在工程领域，对流传热是关于流体与固体壁面之间的热量传输过程，它依赖于流体质点的移动。这个过程与流体的流动状态紧密相关。热流体将热量传递给固体壁面，随后壁面再将热量传给冷流体。流经圆体壁面的流体，其靠近壁面的薄层会形成层流底层，其中的热量传递主要通过热传导进行，因为层流底层的流体导热系数通常较低。湍流主体中的流体混合强烈，传热热阻小，温差几乎不存在。

层流底层的温度梯度显著，这里的传热阻力较大，因此减小该层的厚度δ是提升对流传热效果的关键。在传热学中，这个区域被称为传热边界层。为了简化复杂的工程计算，通常假设温差集中在厚度为δ的薄膜内，用对流传热系数α来概括所有复杂因素。这个简化公式被称为对流传热速率方程式，也称为牛顿冷却定律，表示为：

Φ = A * α * ΔT * (Tw - T)

其中，Φ表示对流传热速率，A是传热面积，ΔT是对流传热的温度差，Tw是壁面温度，T是流体平均温度，α是对流传热系数，R是传热热阻。

对流传热速率受多种因素影响，如：流体是否存在相变、汽化和冷凝过程，流体的流动状态（如强制对流、自然对流），流体的物理性质（如密度、比热容、热导率和粘度），以及传热表面的形状、位置和大小等。这些因素都在对流传热系数中体现，它是对复杂传热过程的一种概括。

对流传热是热传递的一种基本方式。热能在液体或气体中从一处传递到另一处的过程。主要是由于质点位置的移动，使温度趋于均匀。是液体和气体中热传递的主要方式。但也往往伴有热传导。通常由于产生的原因不同，有自然对流和强制对流两种。根据流动状态，又可分为层流传热和湍流传热。化学工业中所常遇到的对流传热，是将热由流体传至固体壁面（如靠近热流体一面的容器壁或导管壁等），或由固体壁传入周围的流体（如靠近冷流体一面的导管壁等）。这种由壁面传给流体或相反的过程，通常称作给热。