无论是蒸汽加热快速热循环注塑工艺还是电加热快速热循环注塑工艺，一般均采用流动的冷却介质冷却模具。模具与冷却系统之间的热交换是指冷却介质与模具内部冷却管道之间的传热。由于冷却介质在冷却管道中处于高速流动的状态，所以它们之间的传热属于内部流动的对流换热模式。式（5-8）所示为该传热模式下的传热速率方程，从方程式中可以看出表面传热系数h是描述换热强度的一个关键参数。

对流换热的传热强度与流动介质的流动状态密切相关，流动介质的流动状态可用雷诺数Re进行描述。对于管内流动，在充分发展的流动中冷却介质的雷诺数可用下面的表达式计算

式中，v_c表示冷却介质在管内的平均流速（m/s）；d表示冷却管道的直径（m）；ρ_c表示冷却介质的密度（kg/m³）；μ_c表示冷却介质的动力黏度（Pa·s）。

当Re﹤2300时，冷却介质的流动状态完全处于层流状态；当Re﹥10000时，冷却介质的流动状态完全处于湍流状态；当2300≤Re≤10000时，冷却介质的流动状态介于两者之间^[128]。

当处于层流状态时，流体内各质点的黏性力占主导地位，流体内各质点平行于管壁有规则的流动。这种流态下，近壁流体的流速低，与冷却管道壁之间的热交换速率低。此外，流动介质内部的传热模式主要为热传导，且冷却介质的热导率较低，这些因素均不利于热量的传递，从而导致冷却水对模具的冷却效果较差。对于具有均匀表面热流密度的圆管中充分发展的层流，冷却介质与模具管道壁之间的表面传热系数可用如下的表达式计算

式中，λ_c表示冷却介质的热导率[W/（m·℃）]；Nu表示流动冷却介质的努塞尔数，管内层流时其值是一个常数，约为4.36。

例如，当冷却介质为25℃冷却水时，由于冷却水的热导率仅为0.61W/（m·℃）左右，对于直径为ϕ 8mm的冷却管道，根据式（5-23）计算得出的表面传热系数仅为332.45 W/（m²·℃）。

当处于湍流状态时，流体内质点除了沿管轴方向向前流动外，还存在径向脉动，各质点速度的大小和方向都随时间不断变化。在这种流态下，近壁流体的流动速度高，与冷却管道壁间的热交换速率高。此外，冷却介质内的传热模式以表面传热为主，这可有效促进热量的扩散和传递，从而显著增强冷却介质对模具的冷却效果。在管内湍流状态下，冷却介质与模具内部冷却管道壁间的表面传热系数可利用下面的方程式进行计算^[177](www.daowen.com)

式中，Pr表示流动冷却介质的普朗特数。

Pr的数值可根据下面的公式计算

式中，C_p-c表示冷却介质的比定压热容。

例如，冷却介质为25℃冷却水，其比定压热容、动力黏度和热导率分别为4.18kJ/（kg·℃）、890.11×10^-6（N·s）/m²和0.61W/（m·℃），假设流动冷却水的雷诺数为10000，冷却管道的直径d为ϕ 8mm，则根据式（5-24）和式（5-25）计算得出的表面传热系数为8404.44W/（m²·℃），远高于层流状态下的表面传热系数。这表明，利用冷却介质对模具进行冷却时，应当尽可能提高冷却介质的流动速率，以使流动冷却介质的雷诺数达到10000以上，保证冷却介质的流动状态可以达到完全湍流状态，从而显著提升冷却效率。同样对于25℃的冷却水和ϕ 8mm的冷却管道，为了使单个冷却管路中冷却水的雷诺数可以达到10000以上，根据式（5-22）可计算得出冷却水的流量应大于5.61×10^-5 m³/s，约为3.37L/min。

在对冷却阶段进行热分析时，冷却水对模具的冷却作用是通过在冷却管道壁上施加第三类边界条件实现的，相应的数学表达式为

式中，Γ₂表示冷却管道的表面；h_c表示冷却介质与冷却管道壁之间的表面传热系数[W/（m²·℃）]；T_c表示冷却介质的温度（℃）。