对流传热系数

牛顿冷却定律提出：热量离开温度为 Ts 的表面进入温度为 Tf 的周围流体的传热速率由以下方程式计算：

Q对流 = h A (Ts - Tf)

其中传热系数 h 的单位是 W/m2.K 或 Btu/s.in2.F。系数 h 不是一种热力学属性。它是流体状态和流动条件的简化关系，因此，通常称之为流动属性。

对流与边界层的概念相关，边界层是在一个假想的靠近静止分子的表面与周围环境中流体的流动之间的一个薄过渡层。这显示在下图流过平板的流动中。

其中 u(x,y) 是 x 方向的速度。一直到流体层外边线的区域（定义为自由气流速度的 99%）称为流体边界层厚度 d(x)。

类似的草图可以由表面温度到周围温度的温度过渡来构成。温度变化的图解如下图中所示。请注意，热边界层厚度不一定与流体的边界层厚度相同。构成 Prandtl 数控制两种边界层的相对大小。Prandtl 数 (Pr) 为 1 将隐含两种边界层的行为相同。

通过边界层传热的实际机制被认为是通过墙壁附近的静止流体在 y 方向上的传导，它等于从边界层到流体的对流速率。这可以写成：

h A (Ts - Tf) = - k A (dT/dy)s

因此，给定情况的对流系数可以通过以下方式计算：测量传热速率和温差，或者测量表面附近的温度梯度和温差。

测量边界层上的温度梯度需要高精确度，一般在算例实验室中完成。许多手册包含不同配置的对流传热系数的表列值。

下表列出了对流传热系数的一些典型值：