7 对流换热 7 .0 本章主要内容导读 本章讨论对流换热问题，首先介绍对流换热的相关基本概念——对流换热的机理、数学描述方法和主要研究方法，然后介绍两类无相变的对流换热——强制对流换热和自然对流换热，主要内容如图 7 -1所示。 图 7 -1 第七章主要内容导读 7 .1 对流换热基本概念 7 .1 .1 对流换热机理 如前所述，实际工程中经常遇到的对流问题是对流换热问题，它是导热与热对流共同作用的结果。由于流体的热运动强化了传热，通过对流流体的传热速率比通过静止流体导热的传热速率高得多。并且，流体速度越快，传热速率越高。 理论上，对流换热可以通过牛顿冷却公式求解，即 tFQ 与导热中的导热系数 λ 不同，对流换热系数 α 不是物性参数，因此对流换热过程和相应的对流换热系数受到许多因素的影响，这些影响因素可以分为如下五类。 (1 )流体流动产生的原因。根据流动产生的原因，对流换热可以分为强制对流换热与自然对流换热两大类。前者由泵、风机或其它外部动力源的作用引起，后者通常由流体各个部分温度不同产生的密度差引起。两种流动产生的原因不同，流体中的速度场、对流换热规律和换热强度均不一样。通常强制对流换热的流速高、换热系数 α 大； (2 )流体有无相变。在流体没有相变时对流换热中的热量传输由流体显热的变化实现，在有相变的换热过程中(如沸腾或凝结)，流体相变热(潜热)的释放或吸收常常起主要作用，流体的物性、流动特性和换热规律均与无相变时不同。一般同一种流体在有相变时的换热强度远大于无相变时的强度； (3 )流体的流动状态。根据动量传输知识，粘性流体存在着两种不同的流态——层流和湍流。层流时流体微团沿着主流方向作有规则的分层流动，湍流时流体各部分之间发生剧烈的混合。因此，在其它条件相同时湍流换热的强度明显强于层流换热的强度； (4 )换热表面的几何因素。这里的几何因素指换热表面的形状、大小、换热表面与流体运动方向的相对位置以及换热表面的状态(光滑或粗糙)。这些几何因素都将影响流体在壁面上的流动状况，从而影响到对流换热。例如，管内强制对流换热与流体横掠圆管的强制对流换热中的流动是截然不同的，前者是内流中的管内流动，后者是外流中的外掠圆管流动。这两种不同流动条件下的换热规律有明显差异。在自然对流中不仅几何形状，几何布置对流动也有决定性影响，同样的水平壁面在热面朝上散热时的流动与热面朝下散热时的流动有显著差异...
