工程定义：流体与固体壁面之间的传热过程称为对流传热。

一、对流传热过程分析：

热流体-对流传热——管内壁-热传导——管外壁-对流传热——冷流体。

二、对流传热速率方程式

三、影响α的主要因素

1.流体性质及相状态-温度的函数

影响α较大的物性有：ρ，μ，λ，cp；

相变化：有相变大于无相变的对流传热系数

2.流体的流动状态

雷诺系统↑，δt↓，热阻R↓，α↑

湍流的对流传热系数大于层流的对流传热系数。

3.引起流动的原因

自然对流：单位体积流体受到的浮升力∝βg△t；

强制对流的传热系数大于自然对流的传热系数。

4.传热面的形状、大小和位置

特征尺寸：

水平圆管：管径d；管径小对流传热系数大。

平板、垂直放圆管：长度l或高度H；

对流传热的分类：

有相变传热：冷凝传热、沸腾传热。

无相变传热：自然对流、强制对流。

强制对流：管外对流、管内对流。

管内对流：圆形直管、非圆管道、弯管。

圆形直管：湍流、过渡流、滞留。

流体横过管束时的传热：

管的排列分直列和错列；

错列比直列传热要快，但错列的流动阻力较大，清洗不如直列容易。

四、自然对流传热

自然对流：加热过程中流体密度发生变化而产生的流动，水在锅炉中的受热；

用蒸汽盘管在缸底加热油罐中的油。

类型：

无限空间（大容积自然对流）：如房间中的暖气片与周围空气的传热。

有限空间：如夹套内的传热。

五、沸腾和冷凝传热

沸腾定义：液体与高温壁面接触被加热气化并产生气泡的过程。

液体沸腾的分类：

按接触面的形状分类：

大容积沸腾（池内沸腾）：

1.气泡可自由浮升；

2.传热由自然对流及气泡的扰动产生。

管内强制对流沸腾：

1.气泡不能自由浮升。

2.气-液混相流动。

沸腾现象：

机理：气泡的生成、脱离和浮升。

气泡生成的条件：

1.液体必须过热；

2.加热壁面上存在汽化核心。

饱和沸腾曲线：

自然对流沸腾区：

温差较小，壁面液体轻微过热，产生的少量气泡尚未升浮到自由液面就放热再冷凝而消失。液体的运动主要决定于自然对流。

核状沸腾区：

温差增大，加热面上气泡数量增加，促进液体扰动，对流传热系数迅速增加。

临界点。

温差增大过临界点，汽泡生产速率大于脱离速率，连成汽膜，对流传热系数下降。汽膜很不稳定，属于核状沸腾和膜状沸腾共存的过渡区。

稳定膜态沸腾：

温差继续增大，汽泡迅速形成并结合成汽膜覆盖在加热壁面上。对流传热系数变化不大。但膜内辐射传热的逐渐增强，对流传热系数和热量又随温差的增加而升高。

影响沸腾传热的因素及强化沸腾传热的途径：

影响因素：

1.液体性质：密度增加，导热系数增加，对流传热系数增加，粘度增加，表面张力增加，对流传热系数下降。

2.温差及操作压力：温差应控制在核状沸腾区。

压力升高，饱和温度升高，粘度下降，表面张力下降，对流传热系数升高。

3.热表面的粗糙度、物性及润湿性、表面的布置：

新的或者清洁的表面对流传热系数大。

强化途径：

1.加热面

使表面粗糙化。

采用多孔的金属表面

定期除垢

2.液体

加入添加剂降低液体表面张力

加强搅拌。

冷凝传热：

蒸汽是工业上最常用的热源；

蒸汽在饱和温度下冷凝时，放出汽化潜热。

蒸汽具有一定的压力，饱和蒸汽的压力和温度具有一定的关系。

蒸汽冷凝的方式：

膜状冷凝：

冷凝液能润湿壁面，形成一层完整的液膜布满液面并连续向下流动。

特点：蒸汽放出的潜热必须穿过液膜才能传递到壁面、液膜层为避免与蒸汽间传热的主要热阻。传热系数较小，工业上常见。

滴状冷凝：

特点：滴状冷凝时没有完整液膜的阻碍，热阻很小，给热系数约为膜状冷凝的5~10倍，甚至更高。

实现滴状冷凝的方法：

1.在壁面上涂一层油类物质；

2.在蒸汽中混入油类或脂类物质；

3.对管表面进行改性处理。

影响冷凝传热的因素：

流体物性的影响：

1.冷凝液的密度增加，粘度减少，雷诺系数增加，或液膜厚度减薄，对流传热系数增加。

2.冷凝液的导热系数增加，对流传热系数增加。

3.冷凝潜热增加，同样的热负荷下降，冷凝液量下降，液膜厚度减薄，对流传热系数增加。

液膜温差的影响：

当液膜层流流动时，温差增加，蒸汽冷凝速率增加，液膜厚度增厚，对流传热系数减小。

冷凝壁面的状况：

1.表面粗糙，有腐蚀或氧化层，对流传热系数减少。

2.水平管：减少垂直方向的管排数量；管子斜转排列。传热系数增加。

3.垂直壁：开纵向凹槽；沿罐壁缠一圈金属丝。传热系数增加。

蒸汽过热度的影响：

略大于相同温度下饱和蒸汽的冷凝给热系数。

蒸汽流速和流动方向的影响：

蒸汽与液膜流向相同时，会加速液膜流动，使液膜变薄。传热系数增加。蒸汽流速小于10m/s，影响不大。大于40~50m/s时，传热系数提供30%左右。

蒸汽与液膜流向相反时，会阻碍液膜流动，使液膜变厚，传热系数下降。当流速增加很大时，会吹散液膜，传热系数增加。

不凝气体的影响：

当蒸汽冷凝时，不凝气体会在液膜表面浓集形成气膜。大大增加热阻；

如水蒸气中含有1%的空气能使对流传热系数下降60%；

在操作时应注意排放不凝气。