表面傳熱係數

對流傳熱基本計算式——牛頓（Newton）冷卻公式（Newton‘s law of cooling）中的比例係數，以前又稱為對流換熱係數，是由流體內部各部分質點發生巨觀運動而引起的熱量傳遞過程，只能發生在有流體流動的場合單位是W/(㎡*K)，含義是對流換熱速率，反應了對流傳熱的快慢，對流傳熱係數越大，表示對流傳熱越快。對流傳熱係數分為局部總傳熱係數和總傳熱係數，總傳熱係數總是接近於α小的流體的對流傳熱係數。

基本介紹

• 中文名：表面傳熱係數
• 外文名：Surface heat transfer coefficient
• 別名：對流換熱係數
• 單位：W/(㎡*K)
• 符號：h
• 意義：反映對流傳熱的快慢

原理

表面傳熱係數一般依靠實驗方法確定。流體的導熱作用對於對流換熱過程有很大影響。流體流動時與壁面發生摩擦，摩擦力使流體運動受阻，越靠近壁面的流體流動速度降低越多，緊貼壁面的流體幾乎停滯。在摩擦的阻滯作用顯著影響範圍內，壁面附近形成一層很薄的流動邊界層。流體流動速度越大，流體對壁面的沖刷作用越強，流動邊界層越薄，薄薄的流動邊界層之所以令人關注是因為形成與它相關的換熱邊界層(也稱溫度邊界層)。不論是壁加熱流體還是流體加熱壁，熱流都必須通過換熱邊界層進行導熱傳遞。在離開換熱邊界層進入主流區之後，流體對流混合作用增強。邊界層的導熱熱阻構成對流換熱熱阻的主要部分，換熱溫差的大部分作用在薄薄的邊界層。

表面傳熱係數是對流傳熱基本計算式——牛頓冷卻公式（Newton‘s law of cooling）中的比例係數，一般記做h，以前又常稱對流換熱係數，單位是W/(㎡*K)，含義是對流換熱速率，在數值上等於單位溫度差下單位傳熱面積的對流傳熱速率。

公式

表面傳熱係數符號為h，(α)；q =h(T_s-T_r)。式中：T_s是表面溫度；T_r是表征外部環境特性的參考溫度。熱學的量。SI單位：W/(m2·K) (瓦〔特〕每平方米開〔爾文〕)。

牛頓冷卻公式：流體被加熱時 q=h（Tw-Tf）

流體被冷卻時 q=h（Tf-Tw）

其中，Tw及Tf分別為壁面溫度和流體溫度，℃。如果把溫差（亦稱溫壓）記為ΔT，並約定永遠為正值，則牛頓冷卻公式可表示為：q=hΔT

Φ=hAΔT

其中q為熱流密度，單位是瓦/平米（W/㎡），Φ為熱流，單位是瓦（W）。

影響因素

表面傳熱係數的大小與對流傳熱過程中的許多因素有關。它不僅取決於流體的物性以及換熱表面的形狀、大小與布置，而且還與流速有著密切的關係。

求解方法

獲得表面傳熱係數h的表達式的方法大致有四種：

1、分析法，對描寫某一類對流傳熱問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。

2、實驗法，在相似原理指導下進行實驗研究，是獲得表面傳熱係數的主要途徑。

3、比擬法，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。

4、數值法，在求解導熱係數的基礎上，增加對流項的離散及動量方程中的壓力梯度項的數值處理，從而獲得表面傳熱係數的方法。