管外流动：
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热面向上（自然对流）：
热面向下（自然对流）：
（5）流体物性
密度、动力粘度、导热系数、定压比热高；
（水冷、空冷）
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§5-5 对流换热 一、对流换热概述
1 对流换热过程 ①对流换热定义：流体和与之接触的固体壁 面之间的热量传递过程，是宏观的热对流与 微观的热传导的综合传热过程。
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
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(b)热边界层厚度 当壁面与流体之间的温差达到壁面与来流流体
附是处于不滑移的状态，其流速应为零，那
么通过它的热流量只能依靠导热的方式传递。
由傅里叶定律
y t∞ u∞
qw
t y
y0
tw
qw
x
通过壁面流体层传导的热流量最终是以对流
换热的方式传递到流体中
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qw qc
qc
htw
t
t y
y0
或 h＝－ t
对流换热过程微
t y y0 分方程式
➢h 取决于流体热导率、温度差和贴壁流体的 温度梯度
➢温度梯度或温度场与流速、流态、流动起因、 换热面的几何因素、流体物性均有关。
➢速度场和温度场由对流换热微分方程组确定： 连续性方程、动量方程、能量方程
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——当流体与壁面温度相差1℃时、每单位 壁面面积上、单位时间内所传递的热量. 确定h及增强换热的措施是对流换热的核心问 题
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② 对流换热过程微分方程式
壁面上的流体分子层由于受到固体壁面的吸
流场就人为地分成两 个不同的区域。
δt δ
tw
0
x
其一是边界层流动区，这里流体的黏性力与
流体的惯性力共同作用，引起流体速度发生
显著变化；
其二是势流区，这里流体黏性力的作用非常 微弱，可视为无黏性的理想流体流动，也就 是势流流动。
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垂直于壁面的方向上流体流速发生显著变化
的流体薄层定义为速度边界层。
粘性力
u
y
为动力粘性系数[Pa·s] 运动粘性系数= / [m2/s]
u y
x
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t∞ u
流体流过固体壁面的
(b)边界层的厚度 当速度变化达到 u u 0.99 时的空间位置为 速度边界层的外边缘，那么从这一点到壁面
的距离就是边界层的厚度 x
小：空气外掠平板，
u=10m/s： x100mm 1.8mm; x200mm 2.5mm
②热（温度）边界层 (a) 定义 当流体流过平板而平板的温度tw与来流流体的 温度t∞不相等时，在壁面上方也能形成温度 发生显著变化的薄层，常称为热边界层。
相
射流冲击换热
变
大空间自然对流
对 流
自然对流 有限空间自然对流
换
混合对流
热
有 沸腾换热
相 变 凝结换热
大空间沸腾
管内沸腾 管内凝结
管外凝结
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2、影响对流换热的因素： （1）流体流动的起因
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4. 边界层（Boundary layer）理论
边界层的概念是1904年德国科学家普朗特提
出的。
边界层定义
u y
①速度边界层
x
(a) 定义
流体流过固体壁面时，由于壁面层流体分子的
不滑移特性，在流体黏性力的作用下，近壁流
体流速在垂直于壁面的方向上会从壁面处的零
速度逐步变化到来流速度。
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普朗特通过观察发现，对于低黏度的流体， 如水和空气等，在以较大的流速流过固体壁 面时，在壁面上流体速度发生显著变化的流 体层是非常薄的。
综上，无相变时，影响换热系数的因素有（对强制
对流）：
h f (u, l, ,, , c p )
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3 对流换热系数与对流换热微分方程
①对流换热系数(表面传热系数)
h Φ (A(tw t )) [W (m2 C)]
强制对流：由泵、风机或其它 外部动力造成；
自然对流：由流体内部的密度 差引起，换热相对较弱。
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（2）流体有无相变 无相变：换热由流体的显热变化引起； 有相变：潜热在换热中起主要作用，换热较强（沸 腾、凝结） （3）流体的流动状态 层流：流体微团沿主流方向作有规则的分层流动； 湍流：流体各部分之间剧烈混合，换热相对较强。 （4）换热表面的几何因素 管内流动:
对流换热实例：1) 暖气管道; 2) 电子器件冷却
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内部流动
圆管内强制对流换热 其它形状管道的对流换热
强制对流
外掠平板的对流换热 外掠单根圆管的对流换热
无
外部流动 外掠圆管管束的对流换热 外掠其它截面柱体的换热