对流换热的机理

　　由气体力学可知，当气体流经固体表面时，由于猫性力的作用，在接近表面处存在一个速度梯度很大的流体薄层，称为速度边界层。与速度边界层类似，在表面附近也存在一个温度发生急剧变化的薄层。称为热边界层。一般情况下，热边界层的厚度S，不一定等于速度边界层的厚度民由于层流边界层内分子没有垂直于固体表面的运动。所以其中的热传递只能依靠传导作用，即使层流底层很薄，对热传递仍有不可忽视的影响。炉内作为载热体的炉气其导热系数很小，因此对流换热的热阻主要在于热边界层中(图3-8)。至于紊流核心中，流体兼有垂直于固体表面方面的运动，强烈的混合大大提高了热传递的强度，基本上不存在温度梯度。

　　由以上分析可见，凡是影响边界层状况和紊流紊乱程度的因素，都影响到对流换热的速率。例如流体的流速二(速度的大小决定边界层的厚薄)、流体的导热系数又(久越大层流底层的热阻越小)、加热炉的流体的a度产(猫度越大边界层越厚)、流体的比热容。、流体的密度P、流体和固体表面的温度t，及t。、固体表面的形状。和尺寸l等。换言之，对流给热系数a是以上各因素的复杂函数，即显然，要建立口与上述因素的真正数学关系式是十分困难的。研究对流换热的方法(求解a)有两种，一种是数学分析的方法，一种是实验的方法。前者是建立起描述换热现象的一组微分方程式，然后给出一些边界条件。积分求解。由于对流现象的复杂性，目前只是在作了大量简化假定以后才能解出，结果误差也比较大。研究对流换热现象更主要地是采用相似原理指导下的实验法，这个方法对于研究流体力学、传质现象等领域的问题，也有重大的实际意义。本节主要介绍实验法及所导出的部分公式。

　　对流换热过程的数学描述

　　根据上述对流换热的机理分析，对流换热过程需要用一组微分方程式来描述。

　　 运动橄分方程式

　　流体中的温度分布与速度分布有关，描述勃性流体运动的微分方程式是纳维尔一斯托克斯方程，即式(2-38)。

　　 连续性橄分方程式

　　为使方程组封闭，即待定未知量数目与方程数目要相同，还要加上式(2-33)的连续性微分方程式。

　　上述微分方程组是对一切对流换热规律的一般性描述，只能给出这类现象的通解。为了求解某个具体的问题，必须附加若干反映具体特点的单值条件。这些条件包括边界条件(边界上速度及温度的分布等)、几何条件、物理条件(流体的导热系数A、密度P"猫度fu、导温系数a等)、时间条件(稳定流动还是不稳定流动)。单值条件和换热微分方程组，给出了对于对流换热现象完整的数学描述。