對流熱傳遞，指流體與固體壁面直接接觸時的傳熱，是流體的對流與導熱兩者共同作用的結果。其傳熱速率與流動狀況有密切關係。
基本介紹
- 中文名：對流熱傳遞
- 外文名：convective heat transfer
- 分類：有相變、無相變
- 影響因素：流體起因、狀態、幾何形狀
- 計算公式：牛頓冷卻公式
- 研究方法：分析法、實驗法、比擬法和數值法
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分類
對流熱傳遞可以分為有相變和無相變兩大類。
1、有相變對流熱傳遞
有相變的對流熱傳遞又可分為沸騰換熱和凝結換熱。
2、無相變對流熱傳遞
無相變對流熱傳遞可以分為強制對流、自然對流和混合對流三類。其中強制對流又可分為內部流動和外部流動。自然對流可分為大空間自然對流和有限空間自然對流。
影響因素
影響對流熱傳遞的因素不外是影響流動的因素及影響流體中熱量傳遞的因素。這些因素歸納起來可以分為以下五個方面。
1、流體流動的起因
由於流動起因的不同，對流熱傳遞可以區別為強制對流熱傳遞與自然對流熱傳遞兩大類。前者是由於泵、風機或其他外部動力源所造成的，而後者通常是由於流體內部的密度差所引起。兩種流動的成因不同，流體中的速度場也有差別，所以換熱規律不一樣。
2、流體有無相變
在流體沒有相變時對流熱傳遞中的熱量交換是由於流體顯熱的變化而實現的，而在有相變的換熱過程中(如沸騰或凝結)，流體相變熱(潛熱)的釋放或吸收常常起主要作用，因而換熱規律與無相變時不同。
3、流體的流動狀態
流體力學的研究已經查明，粘性流體存在著兩種不同的流態——層流及湍流。層流時流體微團沿著主流方向作有規則的分層流動，而湍流時流體各部分之間發生劇烈的混合，因而在其他條件相同時湍流換熱的強度自然要較層流強烈。
4、換熱表面的幾何因素
這裡的幾何因素指的是換熱表面的形狀、大小、換熱表面與流體運動方向的相對位置以及換熱表面的狀態（光滑或粗糙）。
5、流體的物理性質
流體的熱物理性質對於對流熱傳遞有很大的影響。以無相變的強制對流熱傳遞為例，流體的密度ρ、動力粘度η、導熱係數λ以及比定壓熱容cp等都會影響流體中速度的分布及熱量的傳遞，因而影響對流熱傳遞。
內冷發電機的冷卻介質從空氣改成水可以提高發電機的出力，就是利用了水的熱物理性質有利於強化對流熱傳遞這一事實。
研究方法
研究對流熱傳遞的方法，即獲得表面傳熱係數
的表達式的方法大致有以下四種：分析法、實驗法、比擬法和數值法。
1、所謂分析法，主要是指對描寫某一類對流熱傳遞間題的偏微分方程及相應的定解條件進行數學求解，從而獲得速度場和溫度場的分析解的方法。.
由於數學上的困難，雖然目前只能得到個別簡單的對流熱傳遞問題的分析解，但分析解能深刻揭示各個物理量對表面傳熱係數的依變關係，而且是評價其他方法所得結果的標準與依據。.
2、通過實驗獲得的表面傳熱係數的計算式仍是目前工程設計的主要依據。為了減少實驗次數、提高實驗測定結果的通用性，傳熱學的實驗測定應當在相似原理指導下進行。可以說，在相似原理指導下的實驗研究是目前獲得表面傳熱係數關係式的主要途徑。
3、所謂比擬法，是指通過研究動量傳遞及熱量傳遞的共性或類似特性，以建立起表面傳熱係數與阻力係數間的相互關係的方法。套用比擬法，可通過比較容易用實驗測定的阻力係數來獲得相應的表面傳熱係數的計算公式。在傳熱學發展的早期，這一方法曾廣泛用來獲得湍流換熱的計算公式。隨著實驗側試技術及計算機技術的迅速發展，近年來這一方法已較少套用。但是，這一方法所依據的動量傳遞與熱量傳遞在機理上的類似性，對理解與分析對流熱傳遞過程很有幫助。
4、對流熱傳遞的數值求解方法在近些年得到了迅速發展，並將會日益顯示出其重要的作用。與導熱問題的數值求解方法相比，對流熱傳遞的數值求解增加了兩個難點，即對流項的離散及動量方程中的壓力梯度項的數值處理。
熱量計算
對流熱傳遞以牛頓冷卻公式為其基本計算式，即
式中：
