A qxdA
A
hx
tw

tf
x
dA
tw tf
A hxdA
等壁温，tw
tf
x
tw
tf
常数
对照式 = A h( tw－tf ) 可得
h 1 A
A hxdA
如何确定表面传热系数的大小是对流换热计算的
核心问题，也是本章讨论的主要内容。
5－1 对流换热概述
h t tw t y y0
上面两式建立了对流换热表面传热系数与温度场 之间的关系。而流体的温度场又和速度场密切相关， 所以对流换热的数学模型应该包括描写速度场和温度 场的微分方程。
5-2.对流换热过程的数学描述
一、连续性微分方程（质量守恒） y
u v 0
dy
x y
(2) 流动的状态 层流 ：流速缓慢，流体分层地平行于壁面方 向流动，垂直于流动方向上的热量传递 主要靠分子扩散（即导热）。
6
紊流
：流体内存在强烈的脉动和旋涡，使各 部分流体之间迅速混合，因此紊流对流 换热要比层流对流换热强烈，表面传热 系数大。
7
(3) 流体有无相变 沸腾换热 凝结换热
(4) 流体的物理性质
q = h( tw－tf ) =h tm
h—整个固体表面的平均 表面传热系数;
tw—固体表面的平均温度 ; tf —流体温度，对于外部绕流，tf 取远离壁面的 主流温度；对于内部流动，tf 取流体的平均温度。
tm—平均换热温差。
对于局部对流换热，
qx

hx
tw
tf
x
4

ut 0
dx cp x dxdy
dx
x
单位时间从y方向净进入微元体的质量所携带的能
量为
h, y

cp
vt
y
dxdy
h h,x h, y
ut vt
v
v y


Fy


p y




2v x2


2v y2


Dv
d

Fy


p y
2v
纳维埃(N. Navier)-斯托克
斯(G. G. Stokes)方程。
三、能量微分方程（能量守恒） 单位时间由导热进入微元体 y
y+dy h y+dy
热导率，W/(mK)， 愈大，流体导热热阻愈
小，对流换热愈强烈；
密度，kg/m3 比热容c，J/(kgK)。 c反映单位体积流体热容量
的大小，其数值愈大，通过对流所转移 的热量愈多，对流换热愈强烈；
动力粘度，Pas；运动粘度＝/，m2/s。
流体的粘度影响速度分布与流态，因 此影响对流换热；
1. 对流换热的影响因素
对流换热是流体的导热和对流两种基本传热方式 共同作用的结果，因此，凡是影响流体导热和对流的 因素都将对对流换热产生影响。主要有五个方面：
5
(1)流动的起因：影响速度分布与温度分布。 强制对流换热 自然对流换热
一般情况下，自然对流的流速较低，因此自然对流 换热通常比强制对流换热弱，表面传热系数要小。
第五章 对流换热概述
一、对流换热（Convection heat transfer) 对流换热：流体与固体壁直接接触时所发生的热量 传递过程
对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热， 不是基本传热方式
电子器件冷却
再生冷却的火箭发动机
3
牛顿冷却公式:
= A h( tw－tf ) = Ahtm
二、动量微分方程（动量守恒）
微元体
惯性力
压力差 0
dx
x
x方向:


u

u

u x

v

u y


Fx


p x




2u x2

2Βιβλιοθήκη y2 Du
d

Fx


p x
2u
体积力
粘性力
y方向:


v
u

v x
9
(5) 换热表面的几何因素
换热表面的几何形状、尺 寸、相对位置以及表面粗糙 度等几何因素将影响流体的 流动状态，因此影响流体的 速度分布和温度分布，对对 流换热产生影响。
影响对流换热的因素很
多，表面传热系数是很多变
量的函数，
特征长度（定型尺寸）
h f u , tw , tf , , , cp , , , l ,
的净热量和由对流进入微元体的 dy 净热量之和等于微元体热力学能
x h x
x+dx h x+dx
的增加，

h

dU
d
y h y
0
dx
x
单位时间由导热进入微元体的净热量





2t x2

2t y2
dxdy
单位时间由对流进入微元体的净热量
W/m2
qw,x


t x
y0,x
按照牛顿冷却公式
qx hx tw t x
t y
y0,x
hx

tw t
t
y x
y0,x
hx

tw t
t
y
x
y0,x
如果热流密度、表面传热系数、温度梯度及温差 都取整个壁面的平均值，则有
h h,x h, y
单位时间从x方向净进入微 y
y+dy h y+dy
元体的质量所携带的能量为
dy
h,x
h,x
h,xdx
h,x x
dx
x h x
y
x+dx h x+dx
h y


cputdy x
8
体胀系数，K－1。


1 v

v t
p


1


t
p
对于理想气体，pv=RT，代入上式，可得 =1/T。
体胀系数影响重力场中的流体因密度差而产生的 浮升力的大小，因此影响自然对流换热。
对于同一种不可压缩牛顿流体，其物性参数的数
值主要随温度而变化。用来确定物性参数数值的温度。 称为定性温度。在分析计算对流换热时，定性温度的 取法取决于对流换热的类型。
几何因素
2. 对流换热的分类
11
3. 对流换热的主要研究方法
分析法 数值法 试验法 比拟法
理论分析、数值计算和 实验研究相结合是目前被广 泛采用的解决复杂对流换热 问题的主要研究方式。
4.如何从解得的温度场计算表面传热系数
在这极薄的贴壁流体层中，热量只能以导热方式传递
qw,x


t y
y0,x