对流换热系数,也称对流换热系数,是描述流体与固体壁面之间热量传递能力的物理量。其基本计算公式由牛顿于1701年提出,也被称为牛顿冷却定律。公式如下:
\[ q = h \cdot (t_w - t_\infty) \]
\[ Q = h \cdot A \cdot (t_w - t_\infty) = q \cdot A \]
其中:
\( q \) 为单位面积的固体表面与流体之间在单位时间内交换的热量,称作热流密度,单位 \( W/m^2 \);
\( t_w \) 和 \( t_\infty \) 分别为固体表面和流体的温度,单位 \( K \);
\( A \) 为壁面面积,单位 \( m^2 \);
\( Q \) 为单位时间内面积 \( A \) 上的传热热量,单位 \( W \);
\( h \) 称为表面对流传热系数,单位 \( W/(m^2 \cdot K) \)。
此外,对流传热系数还可以通过经验公式或实验测定来计算。例如,巴兹公式常用于经验计算:
\[ h = \frac{k}{d} \left(1 + \frac{3d}{L} \right) \]
其中:
\( k \) 为对流换热系数;
\( d \) 为特征长度尺度,通常为管道直径或特征尺寸;
\( L \) 为特征长度,通常为管道长度或特征尺寸。
在实际应用中,对流换热系数可能会受到流动状态、物理性质等因素的影响,因此并不是一个恒定值。对于复杂系统,可能需要通过实验测定或数值模拟来获取更准确的对流换热系数。