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表面传热系数

对流传热基本计算式牛顿(Newton)冷却公式(Newton‘s law of cooling)中的比例系数,以前又称为对流换热系数,是由流体内部各部分质点发生宏观运动而引起的热量传递过程,只能发生在有流体流动的场合单位是W/(*K),含义是对流换热速率,反应了对流传热的快慢,对流传热系数越大,表示对流传热越快。对流传热系数分为局部总传热系数和总传热系数,总传热系数总是接近于α小的流体的对流传热系数。 [1]

表面传热系数一般依靠实验方法确定。流体的导热作用对于对流换热过程有很大影响。流体流动时与壁面发生摩擦,摩擦力使流体运动受阻,越靠近壁面的流体流动速度降低越多,紧贴壁面的流体几乎停滞。在摩擦的阻滞作用显著影响范围内,壁面附近形成一层很薄的流动边界层。流体流动速度越大,流体对壁面的冲刷作用越强,流动边界层越薄,薄薄的流动边界层之所以令人关注是因为形成与它相关的换热边界层(也称温度边界层)。不论是壁加热流体还是流体加热壁,热流都必须通过换热边界层进行导热传递。在离开换热边界层进入主流区之后,流体对流混合作用增强。边界层的导热热阻构成对流换热热阻的主要部分,换热温差的大部分作用在薄薄的边界层。 [2]

表面传热系数是对流传热基本计算式牛顿冷却公式(Newton‘s law of cooling)中的比例系数,一般记做h,以前又常称对流换热系数,单位是W/(*K),含义是对流换热速率,在数值上等于单位温度差下单位传热面积的对流传热速率。 [1]

表面传热系数符号为h,(α);q =h(Ts-Tr)。式中:Ts是表面温度;Tr是表征外部环境特性的参考温度。热学的量。SI单位:W/(m2K) (瓦〔特〕每平方米开〔尔文〕)。 [3]

牛顿冷却公式:流体被加热时 q=h(Tw-Tf)

流体被冷却时 q=h(Tf-Tw)

其中,Tw及Tf分别为壁面温度和流体温度,℃。如果把温差(亦称温压)记为ΔT,并约定永远为正值,则牛顿冷却公式可表示为:q=hΔT

Φ=hAΔT

其中q为热流密度,单位是瓦/平米(W/),Φ为热流,单位是瓦(W)。

表面传热系数的大小与对流传热过程中的许多因素有关。它不仅取决于流体的物性以及换热表面的形状、大小与布置,而且还与流速有着密切的关系。 [1]

获得表面传热系数h的表达式的方法大致有四种: [4]

1、分析法,对描写某一类对流传热问题的偏微分方程及相应的定解条件进行数学求解,从而获得速度场和温度场的分析解的方法。

2、实验法,在相似原理指导下进行实验研究,是目前获得表面传热系数的主要途径。

3、比拟法,通过研究动量传递及热量传递的共性或类似特性,以建立起表面传热系数与阻力系数间的相互关系的方法。

4、数值法,在求解导热系数的基础上,增加对流项的离散及动量方程中的压力梯度项的数值处理,从而获得表面传热系数的方法。


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