自然对流换热及实验关联式 自然对流 是流场温度分布不均匀导致的密度不均匀分布，在重力场的作用下产生的流体运动过程。而 自然对流换热 则是流体与固体壁面之间因温度不同引起的自然对流时发生的热量交换过程。 如图 4 － 25 所示的几种自然对流的情况，前三种为大空间自然对流换热，后两种为受限空间的自然对流换热。在自然界、在现实生活中、以及在工程上， 物体的自然冷却或加热都是以自然对流换热的方式实现的 。例如，在偏僻地区，一些平时无人看管的小变电站或电话中继站等，其发热设备往往靠自然对流冷却。此外，管道、输电线的散热、电子器件的散热、暖气片对室内空气的散热以及海洋环流、大气环流等都与自然对流有关。由于自然对流换热的换热强度比较弱，尤其是在空气环境下，同时还存在着辐射换热，而且在温度比较高的情况下，辐射换热的强度与自然对流换热的强度处于相同的数量级。因此，在自然对流换热的实际计算中辐射换热是不可随意忽略的。 一、大空间自然对流的流动和换热特征 自然对流与受迫对流最大的不同点在于流体的运动是由于温度差引起的，因而流体与换热是密不可分的。为了讨论自然对流的流动和换热特征，这里以竖直平板在空气中的 自然冷却过程为例来进行分析 ，如图 4 － 26 所示。竖直平板在空气中冷却，由于空气的黏度很小，因温度差引起的流体流动的范围十分有限。 在垂直于壁面的方向上流体的速度从壁面处的 u w =0 ，逐步增大到最大值 u max ，再往后又逐步减小到 u ∞ =0 。这种流体速度变化的区域相对于流体沿着平板上升方向（图中的 x 方向）的尺度是很薄的，因而可以 称之为自然对流的速度边界层 ，其厚度 δ (x) 仍然采用受迫对流边界层的约定方法。它与受迫对流的速度边界层很相似，但也有显著的差别。主要体现在 速度剖面（ y 方向上的速度分布）的不同上， 自然对流边界层 中速度从零经最大值后在到零值，而 受迫对流边界层中 速度从零变化到最大值，即来流速度。 与速度边界层同时存在的还有温度发生显著变化的薄层，也就是温度从 t w 逐步变化到环境温度 t ∞ 热边界层 ，其厚度与速度边界层大致相当 。应该注意到，自然对流的热边界层与受迫对流的边界层没有明显的差别。热边界层的厚度也是随着流动方向上尺寸 (x) 的增大而逐渐增大， 因而竖直平板的换热性能也就会从平板底部开始随着 x 的增大而逐渐减弱。 但是，在工程上常常对整个平板...
