如何计算对流传热系数

更新：2023年02月01日 01:05 好一点

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如何计算对流传热系数

对流传热系数也称对流换热系数。对流换热系数的基本计算公式由牛顿于1701年提出，又称牛顿冷却定律。牛顿指出，流体与固体壁面之间对流传热的热流与它们的温度差成正比，即：
q
=
h*(tw-t∞)
Q
=
h*A*(tw-t∞)=q*A
式中：
q为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，称作热流密度，单位W/m^2；
tw、t∞分别为固体表面和流体的温度，单位K；
A为壁面面积，单位m^2；
Q为面积A上的传热热量，单位W；
h称为表面对流传热系数，单位W/(m^2.K)。
对流换热系数的大致量级（单位：W/(m2*K)）：
空气自然对流
5
～
25
气体强制对流
20
～
100
水的自然对流
200
～1000
水的强制对流
1000
～
15000
油类的强制对流
50
～
1500
水蒸气的冷凝
5000
～
15000
有机蒸汽的冷凝
500
～
2000
水的沸腾
2500
～
25000

对流传热系数公式

对流传热系数公式：q=h*(tw-t∞)，Q=h*A*(tw-t∞)=q*A。对流传热系数是指流体与固体表面之间的换热能力，对流换热系数可用经验公式计算，通常用巴兹公式计算。举例说明概念，物体表面与附近空气温差1℃，单位时间（1s）单位面积上通过对流与附近空气交换的热量。单位为W/(m^2·℃)或J/(m^2·s·℃)。

对流换热系数是多少？

对流换热系数指的是固体表面与流体之间单位面积在单位时间内交换的热量，它反映了流体与固体表面之间的换热能力。对流传热系数也称对流换热系数。对流换热系数的基本计算公式由牛顿于1701年提出，又称牛顿冷却定律。牛顿指出，流体与固体壁面之间对流传热的热流与它们的温度差成正比，即：q = h*(tw-t∞)，Q = h*A*(tw-t∞)=q*A。

影响对流传热强弱的主要因素有：

1. 对流运动成因和流动状态；

2. 流体的物理性质（随种类、温度和压力而变化）；

3. 传热表面的形状、尺寸和相对位置；

4. 流体有无相变（如气态与液态之间的转化）。

金属表面对流换热系数

定义编辑
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，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。
22公式中的应用编辑编辑
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）。
33其决定因素编辑编辑
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。
44求取方法编辑编辑
获得表面传热系数h的表达式的方法大致有四种：
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。

对流传热系数是什么？

对流换热系数指的是固体表面与流体之间单位面积在单位时间内交换的热量,它反映了流体与固体表面之间的换热能力。

它反映了流体与固体表面之间的换热能力表面对流换热系数的数值与换热过程中流体的物理性质、换热表面的形状、部位、表面与流体之间的温差以及流体的流速等都有密切关系，且变化幅度很大，物体表面附近的流体的流速愈大，其表面对流换热系数也愈大。

理论发展

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， 1m*1m壁面面积在每秒所能传递的热量h的大小反映对流换热的强弱。

如上所述，h与影响换热过程的诸因素有关，并且可以在很大的范围内变化，所以牛顿公式只能看作是传热系数的一个定义式，它既没有揭示影响对流换热的诸因素与h之间的内在联系,也没有给工程计算带来任何实质性的简化，只不过把问题的复杂性转移到传热系数的确定上去了，因此在工程传热计算中主要的任务是计算h。

对流传热的对流系数

对流传热系数α：在对流传热过程中由牛顿冷却定律定义热流密度q与ΔT成正比，比例系数即为对流传热系数（或给热系数）
α=q/ΔT,单位W/㎡℃ 依靠流体微团的宏观运动而进行的热量传递。这是热量传递的三种基本方式之一。化工生产中处理的物料大部分是流体，流体的加热和冷却都包含对流传热。在化工生产中，对流传热在习惯上专指流体与温度不同于该流体的固体壁面直接接触时相互之间的热量传递。而在实际的模型理论中确实采用膜理论，即在流体流动的一侧，如冷流体的液膜侧（或热流体的液膜侧或气膜侧）由于流体流动，会出现湍流区与层流区，膜理论认为对流传热过程主要受层流区阻力所控制。
这实际上是对流传热和热传导两种基本传热方式共同作用的传热过程。例如间壁式换热器中的流体与间壁侧面之间的热量传递，反应器中固体物料或催化剂与流体之间的热量传递，都是这样的传热过程。按流体在传热过程中有无相态变化，对流传热分两类：①无相变对流传热。流体在换热过程中不发生蒸发、凝结等相的变化，如水的加热或冷却。根据引起流体质点相对运动的原因，对流传热又分自然对流和强制对流。自然对流是由于流体内各部分密度不同而引起的流动（如散热器旁热空气的向上流动）；强制对流是流体在外力（如压力）作用下产生的流动。强制对流时流体流速高，能加快热量传递，因而工程上广泛应用。②有相变对流传热。流体在与壁面换热过程中，本身发生了相态的变化。这一类对流传热包括冷凝传热和沸腾传热。

传热系数（W/㎡.℃）与导热系数（W/m.℃）的区别？

导热系数是物质的一种物性。比如说铜的导热系数是400W/mK左右，水的导热系数是0.6W/mK左右。而传热系数W/m2K则是用来表述换热能力的一种大小。比如圆管里面走热水，传热系数是多少多少，表示了这个过程热水里面的热传给管子的一个快慢或能力。

蒸汽的对流传热系数是多少

据我个人有限的经验，超高压以下参数的蒸汽在设计良好的对流受热面管内流动的对流换热系数通常在150-300 W/m2-C范围内，并与流速、管径和蒸汽热力学参数有关。过低则受热面庞大，不经济，并可能产生金属壁温过高过等问题；过高则会有压降过大等问题。通常在蒸汽侧对压降的限制较严。但是，总的传热系数还要考虑烟气侧的情况。一个设计通则是，蒸汽侧的设计换热系数通常比烟气侧要高数倍，否则金属壁温就更靠近烟气温度而导致超温带来的一系列问题。

蒸汽参数更高时，因为受热面材料很贵，设计的烟气和蒸汽侧换热系数都会进一步提高，以尽量减少受热面积。