對流傳熱

在工程上，對流傳熱是指流體固體壁面的傳熱過程，它是依靠流體質點的移動進行熱量傳遞的。因此與流體的流動情況密切相關。熱流體將熱量傳給固體壁面，再由壁面傳給冷流體。由流體力學知，流體流經圓體壁面時，在靠近壁面處總有一薄層流體順著壁面做層流流動，即層流底層。當流體做層流流動時，在垂直於流動方向的熱量傳遞，主要以熱傳導方式進行。由於大多數流體的導熱係數較小，故傳熱熱阻主要集中在層流底層中，溫差也主要集中在該層中。而在湍流主體中，由於流體質點劇烈混合，可近似的認為無傳熱熱阻，即湍流主體中基本上沒有溫差。在層流底層與湍流主體之間存在著一個過渡區，在過渡區內，熱傳導與熱對流均起作用使該區的溫度發生緩慢變化。

所以，層流底層的溫度梯度較大，傳熱的主要熱阻即在此層中，因此，減薄層流底層的厚度δ是強化對流傳熱的重要途徑。在傳熱學中，該層又稱為傳熱邊界層（Thermal Boundary Layer）。

從對流傳熱過程的分析可知這一個複雜的傳熱過程影響對流傳熱速率的因素很多，為了方便起見，工程上採用一種簡化的方法，即將流體的全部溫差集中在厚度為δ的一層薄膜內，但薄膜厚度θ難以測定，所以用α代替λ/δ將對流傳熱速率寫成如下形式：

此式稱為對流傳熱速率方程式，亦稱牛頓冷卻定律。

式中：Φ－對流傳熱速率。（熱流量rw）

A—傳熱面積，m2

ΔT—對流傳熱溫度差（℃/K）

Tw—與流體接觸的壁面溫度，℃

T—流體的平均溫度

α－對流傳熱係數

R—對流傳熱熱阻，℃/W

並非理論推導，而是一種推論。即假設單位面積傳熱量與溫度差ΔT成正比。－將所有複雜的因素都轉移到對流傳熱係數α中去了。

①流體在傳熱過程中有無相變、汽化、冷凝。

②流體的流動狀態和起因。

③流體流動的原因：強制對流、自然對流。

④物體的物理性質：ρ、Cp、λ、μ、體積膨脹係數等。

⑤傳熱表面的形狀、位置及大小等。

液體和高於其飽和溫度的壁面接觸時就會產生沸騰，此時，壁面向流體放熱的現象稱為沸騰傳熱。

對液體加熱時，在液體內部伴有由液相變成汽相而產生氣泡的進程稱為沸騰。

沸騰產生的方法：

將加熱壁面浸沒在液體中，液體在壁面處受熱沸騰，稱為大容器沸騰。

液體在管內流動時受熱沸騰，稱為管內沸騰。

當飽和蒸氣與低於飽和溫度的壁面相接觸時，蒸氣將放出潛熱，並冷凝成液體。

蒸汽冷凝的方式：膜狀冷凝（film-type condensation）和滴狀冷凝 (dropwise condensation)。

若冷凝液能潤濕壁面並能形成一層完整的液滴，稱膜狀冷凝由於表面張力的作用，冷凝在壁面上形成許多液滴最終會形成膜狀冷凝。