（一）对流换热

对流是指流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递方式。流体各部分之间由于密度差而引起的相对运动称为自然对流；由于机械（泵或风机等）的作用或其他压差引起的相对运动则称为强迫对流。

图1-28　多层圆筒壁导热

实际上，热对流同时伴随着导热。对流换热是热传导与热对流综合作用的结果又称为对流放热。

（二）对流换热计算的基本公式——牛顿冷却公式

对流换热所传递的热量Фc应用牛顿冷却公式计算。

流体被加热时

流体被冷却时

式中 tW——壁面温度，℃；

t f——流体温度，℃；

hc——表面传热系数，W/（m2·K）。

如果将温差记为Δt，并约定永远取正值，则牛顿冷却公式可表示为

（三）影响对流传热系数的因素

对流传热是流体流过固体壁时的热量传递。它是由热对流和导热构成的复杂的热量传递过程。因此，影响对流传热系数的因素主要有以下几方面。

1.流动的起因

由于流动起因的不同，对流换热分为自然对流换热和强制对流换热。前者是由于流体内部温度差引起的密度不同所造成的，而后者是由于泵、风机及其他压差引起的。流动的起因不同，传热规律不同，对流传热系数也不同。一般来说，同一种流体的强迫对流传热系数比自然对流传热系数大。(www.daowen.com)

2.流体的流动状态

流体的流动状态有两种，即层流和紊流。流体的流动为层流时，流体微团沿主流方向作有规则的分层流动，而紊流时流体除了有沿着主流方向的流动以外，流体内部各层之间还发生强烈的混合，因而在其他条件相同时，紊流时的对流传热系数一般要大于层流时的对流传热系数。

3.流体有无相变

流体无相变时对流换热仅改变流体的显热，而在有相变的对流换热中，流体要吸收或放出汽化潜热。对于同一种流体，汽化潜热要比比热容大得多，所以有相变时的对流传热系数比无相变时大。

4.几何因素

几何因素指的是换热面的形状、大小及流体与换热面的相对位置，这些因素直接影响了流体扰动情况。例如，图1-29（a）所示的管内强制对流流动与流体横掠单管时的流动情况，图1-29（b）示出了热面向上和热面向下的水平平壁上自然对流的情况。由于传热面的几何形状和位置不同，流体在传热面上的流动情况不同，从而传热系数也不同。

图1-29　几何因素的影响

（a）管内强制对流流动与流体横掠单管时的流动情况；（b）热面向上和热面向下的水平平壁上自然对流的情况

5.流体的物理性质

流体的物理性质是由流体的导热系数λ、比定压热容cp、密度ρ、动力黏度μ等物性参数来描述的。它们直接影响着对流换热。例如导热系数λ值大，导热性能好，hc也大，又如黏度大的流体，不易形成强烈的紊流，hc就小。

（四）相变换热

工程上常遇到液体在热表面上沸腾及蒸汽在冷表面上凝结的对流换热，它们是伴随有相变的对流换热。例如，在火力发电厂中，水在锅炉水冷壁中变成水蒸气；汽轮机的排汽在冷凝器中变成凝结水等均是有相变的对流换热。

1.凝结换热

当蒸汽与低于其相应压力下的饱和温度的壁面接触时，将凝结成液体。当液体能润湿壁面并在壁面上形成一层完整的液膜，这种凝结称为膜状凝结。当凝结液不能润湿壁面，在壁面上形成许多液滴，而不形成连续的液膜，这种凝结称为珠状凝结。实验证明，珠状凝结传热系数为同样情况下膜状凝结传热系数的5～10倍。影响凝结放热的因素很多，例如：

（1）不凝结气体（主要是空气）的存在使凝结过程的热阻增加，凝结放热系数要大大下降。如电厂中的凝汽器都装有抽气器，以便及时地将凝汽器中的不凝结气体抽出，从而保证凝汽器的凝结传热系数。

（2）蒸汽的流动速度和方向对凝结放热也有影响。当蒸汽的流速大于10m/s且流动方向与液膜流动方向一致时，由于蒸汽的吹动和冲击，使液膜变薄，从而热阻减小；同时，由于水蒸气的驱赶作用，液膜表面的不凝结气体被吹散，气相热阻也减小。水蒸气凝结过程的总热阻减小，凝结传热系数增大。

（3）传热面的形状、表面粗糙度、管束排列情况等都影响凝结传热系数。

2.沸腾换热

当液体与温度高于其相应压力下饱和温度的壁面接触时可能发生沸腾换热。沸腾换热分为大容器沸腾和管内强迫对流沸腾。换热面沉浸在具有自由汽液两相分界面表面的液体中所进行的沸腾称为大容器沸腾。液体受迫流过加热面所进行的沸腾称为管内沸腾。按液体温度沸腾又分为饱和沸腾和过冷沸腾。液体的主体温度达到饱和温度，壁温高于饱和温度所发生的沸腾称为饱和沸腾。在过冷沸腾中，液体的整体温度低于相应压力下的饱和温度，气泡仅在加热表面生成，而后又在液体中凝结。