h A t
只是表面传热系数 h 的一个定义式，它并没 有揭示 h 与影响它的各物理量间的内在关系， 研究对流传热的任务就是要揭示这种内在的
联系，确定计算表面传热系数的表达式。
1 对流传热的定义和性质
对流传热是指流体流经固体表面时流体与固体 表面之间的热量传递现象。
● 对流传热中，导热与对流同时起作用；不是基本 传热方式。 ● 对流传热实例：1) 暖气管道; 2) 电子器件冷却； 3)电风扇
（Phase change（ ）Condensation） （Boiling）
(4) 换热表面的几何因素：
内部流动对流传热：管内或槽内 外部流动对流传热：外掠平板、圆管、管束
流体的热物理性质： 热导率
[W ( m K ) ]
2 [ m s ]
比热容
c[J( k g K )]
运动粘度
密度 [kg m3] 体胀系数
[ 1K ]
2 [ N s m ] 动力粘度
1 v 1 v Tp Tp
对流传热分类小结
单相对流传热 对流传热 相变对流传热 凝结传热 膜状凝结 沸腾传热 管内沸腾 珠状凝结 大容器沸腾
自然对流 单相 对流 传热 混合对流 强制对流
M ( v ) y M M dy dxdy y y dy y y
单位时间内微元体内流体质量的变化:
( dxdy ) dxdy
微元体内流体质量守恒(单位时间内)：
流入微元体的净质量 = 微元体内流体质量的变化
( u ) ( v ) 即： dxdy dxdy dxdy x y
第五章 对流传热的理论基础
§5-1 对流传热概说
• 自然界普遍存在对流传热，它比导热更复杂。
• 到目前为止，对流传热问题的研究还很不充 分。(a) 某些方面还处在积累实验数据的阶 段；(b) 某些方面研究比较详细，但由于数 学上的困难；使得在工程上可应用的公式大 多数还是经验公式（实验结果）
牛顿公式
自然对流换热增强
综上所述，表面传热系数是众多因素的函数：
h f ( v , t , t , , c , ,,, l ) w f p

6 对流传热的分类： (1) 流动起因
自然对流：流体因各部分温度不同而引起的 密度差异所产生的流动
强制对流：由外力（如：泵、风机、水压头） 作用所产生的流动
§5-2 对流传热问题的数学描写
为便于分析，推导时作下列假设： • • • • 流动是二维的 流体为不可压缩的牛顿型流体 流体物性为常数、无内热源； 粘性耗散产生的耗散热可以忽略不计
1
质量守恒方程(连续性方程)
流体的连续流v动遵循质量守恒定 律 从流场中 (x, y) 处取出边长为 dx、dy 的 微元体（z方向为单位长度），如图所示， 质量流量为M [kg/s]
h 强制 h 自然
(2) 流动状态
h h 湍流 层流
h h 相变 单相
）
层流：整个流场呈一簇互相平行的流线 （Laminar flow
（Turbulent flow） 湍流：流体质点做复杂无规则的运动 （紊流）
(3) 流体有无相变
单相传热： （Single phase heat transfer） 相变传热：凝结、沸腾、升华、凝固、融化等
5 影响表面传热系数 h • 流体流动的起因 • 流体有无相变 • 流体的流动状态 • 换热表面的几何因素 • 流体的物理性质
的因素有以下5 方面
间导热热阻小 ) h(流体内部和流体与壁面
、 c h (单位体积流体能携带更 多能量 )
h (有碍流体流动、不利于 热对流 )
( u ) ( v) 0 y x
对于二维、稳态流动、密度为常数时：
2 对流传热的特点 (1) 导热与对流同时存在的复杂热量传递过 程； (2) 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观 运动；也必须有温差； (3) 由于流体的粘性和受壁面摩擦阻力的影 响，紧贴壁面处会形成速度梯度很大的边界 层。
3 对流传热的基本计算式 牛顿冷却式:
Φ hA ( t t ) W w
q ΦA h ( tw tf ) Wm

2

4 表面传热系数（对流传热系数）
2 h Φ ( A ( t t )) W (m C) w
当流体与壁面温度相差1度时、每 单位壁面面积上、单位时间内所传递的 热量
h ——
如何确定h及增强换热的措施是对流传热的 核心问题
研究对流传热的方法： （1）分析法 （2）实验法 （3）比拟法 （4）数值法
层流 大空间自然对流 紊流 层流 有限空间自然对流 紊流
管内强制对流传热 流体横掠管外强制对流传热 流体纵掠平板强制对流传热
7 对流传热过程微分方程式
当粘性流体在壁面上流动时，由于粘性的作用， 在贴壁处被滞止， 处于无滑移状态（即： y=0,
u=0）
在这极薄的贴壁流体层中，热量只能以导热方式
传递
根据傅里叶定律：
t q y
y=0
t y y0 为贴壁处壁面法线方向上的流体温度变化率 为流体的导热系数
将牛顿冷却公式与上式联立，即可得 到对流传热过程微分方程式
t h t y
的温度梯度
y 0
h 取决于流体导热系数、温差和贴壁流体
温度梯度或温度场取决于流体热物性、流动 状况（层流或紊流）、流速的大小及其分布、 表面粗糙度等 温度场取决于流场 速度场和温度场由对流传热微分方程组确定： 质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程
分别写出微元体各方向的质量流量分量：
X方向：
M udy x
M x M M dx x dx x x
单位时间内、沿x轴方向流入微元体的净质 量：
M ( u ) x M M dx dxdy x x dx 流入微元体 的净质量：