表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)求解方法

獲得表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h的表達(dá)式的方法大致有四種：

1、分析法，對(duì)描寫某一類對(duì)流傳熱問題的偏微分方程及相應(yīng)的定解條件進(jìn)行數(shù)學(xué)求解，從而獲得速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)的分析解的方法。

2、實(shí)驗(yàn)法，在相似原理指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，是獲得表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的主要途徑。

3、比擬法，通過研究動(dòng)量傳遞及熱量傳遞的共性或類似特性，以建立起表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與阻力系數(shù)間的相互關(guān)系的方法。

4、數(shù)值法，在求解導(dǎo)熱系數(shù)的基礎(chǔ)上，增加對(duì)流項(xiàng)的離散及動(dòng)量方程中的壓力梯度項(xiàng)的數(shù)值處理，從而獲得表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的方法。2100433B

表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的大小與對(duì)流傳熱過程中的許多因素有關(guān)。它不僅取決于流體的物性以及換熱表面的形狀、大小與布置，而且還與流速有著密切的關(guān)系。

表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)符號(hào)為h，(α)；q =h(T_s-T_r)。式中：T_s是表面溫度；T_r是表征外部環(huán)境特性的參考溫度。熱學(xué)的量。SI單位：W/(m2·K) (瓦〔特〕每平方米開〔爾文〕)。

牛頓冷卻公式：流體被加熱時(shí) q=h（Tw-Tf）

流體被冷卻時(shí) q=h（Tf-Tw）

其中，Tw及Tf分別為壁面溫度和流體溫度，℃。如果把溫差（亦稱溫壓）記為ΔT，并約定永遠(yuǎn)為正值，則牛頓冷卻公式可表示為：q=hΔT

Φ=hAΔT

其中q為熱流密度，單位是瓦/平米（W/㎡），Φ為熱流，單位是瓦（W）。

表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)一般依靠實(shí)驗(yàn)方法確定。流體的導(dǎo)熱作用對(duì)于對(duì)流換熱過程有很大影響。流體流動(dòng)時(shí)與壁面發(fā)生摩擦，摩擦力使流體運(yùn)動(dòng)受阻，越靠近壁面的流體流動(dòng)速度降低越多，緊貼壁面的流體幾乎停滯。在摩擦的阻滯作用顯著影響范圍內(nèi)，壁面附近形成一層很薄的流動(dòng)邊界層。流體流動(dòng)速度越大，流體對(duì)壁面的沖刷作用越強(qiáng)，流動(dòng)邊界層越薄，薄薄的流動(dòng)邊界層之所以令人關(guān)注是因?yàn)樾纬膳c它相關(guān)的換熱邊界層(也稱溫度邊界層)。不論是壁加熱流體還是流體加熱壁，熱流都必須通過換熱邊界層進(jìn)行導(dǎo)熱傳遞。在離開換熱邊界層進(jìn)入主流區(qū)之后，流體對(duì)流混合作用增強(qiáng)。邊界層的導(dǎo)熱熱阻構(gòu)成對(duì)流換熱熱阻的主要部分，換熱溫差的大部分作用在薄薄的邊界層。

表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是對(duì)流傳熱基本計(jì)算式——牛頓冷卻公式（Newton‘s law of cooling）中的比例系數(shù)，一般記做h，以前又常稱對(duì)流換熱系數(shù)，單位是W/(㎡*K)，含義是對(duì)流換熱速率，在數(shù)值上等于單位溫度差下單位傳熱面積的對(duì)流傳熱速率。

由于容器體積比管子的體積大得多,因此管外流體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較小。為提高傳熱系數(shù)，容器內(nèi)可安裝攪拌器。

強(qiáng)化換熱最早的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是 Nu/Nu0，此時(shí)研究的重點(diǎn)為表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的提高 。而后又發(fā)現(xiàn)摩擦阻力系數(shù)會(huì)隨表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的提升而快速增加，以其值是否大于 1 作為強(qiáng)化換熱效果好壞的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，顯然這是不合適的。對(duì)于強(qiáng)化換熱熱管，在低雷諾數(shù)下可以獲得較高的換熱系數(shù)，仍具有較好強(qiáng)化換熱效果。故 Webb[9]基于前人的研究提出了一套 比 較 完 整 的 性 能 評(píng) 價(jià) 標(biāo) 準(zhǔn) （ Performance Evaluation Criteria，PEC）。強(qiáng)化換熱的目的分為三種：增大熱負(fù)荷、降低功率消耗及減少換熱面積。Webb 的三個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的敘述如下：相同換熱面積和泵功率下，強(qiáng)化元件與光管的換熱量之比 Q/Q0；相同換熱量和泵功率下，強(qiáng)化元件與光管的換熱面積之比 F/F0；相同換熱量和換熱面積下，強(qiáng)化元件與光管的泵功率之比。