对流换热系数详解

文摘   2024-10-01 10:51   吉林  

1.牛顿冷却定律

牛顿冷却定律是描述流体与固体壁面之间对流传热关系的基本定律。该定律由艾萨克·牛顿在1701年提出,其核心内容是:流体与固体壁面之间的对流传热热流与它们之间的温度差成正比。数学表达式为:

q=h⋅(tw−t∞)

其中:
-q 表示单位面积的固体表面与流体之间在单位时间内交换的热量,即热流密度,单位为 W/m²。
-tw 表示固体表面的温度,单位为 K。
-t∞ 表示流体的远处温度,单位为 K。
-ℎ称为表面对流传热系数,单位为 W/(m²·K)。

2 传热系数的物理意义


对流换热系数 ℎ的物理意义是:当流体与固体表面之间的温度差为1K时,1平方米壁面面积在每秒所能传递的热量。ℎ 的大小直接反映了对流换热的强弱程度。

ℎ的数值取决于多种因素,包括流体的物理性质、流动状态、传热表面的形状和尺寸等。例如,流体的流速增加,通常会导致 ℎ增大,因为流速增加可以增强流体与壁面的接触,从而提高热量传递的效率。

对流换热系数 ℎh 的数值可以在很宽的范围内变化,因此牛顿公式更多地被视为定义式而非计算式。在实际工程应用中,确定 ℎh 的值是传热计算的关键任务,通常需要通过实验、理论分析或数值模拟等方法来获得。

3.传热表面特性

传热表面的几何形状、尺寸、粗糙度和表面处理方式都会影响对流换热系数。

  • 表面形状:复杂的表面形状可以增加流体的扰动,提高换热效率。

  • 表面粗糙度:表面越粗糙,流体与表面的接触面积越大,从而增加换热系数。

  • 表面处理:特殊的表面处理,如涂层或镀层,可以改变表面的热特性,从而影响换热系数

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