對流換熱的機理

　　由氣體力學可知，當氣體流經固體表面時，由于貓性力的作用，在接近表面處存在一個速度梯度很大的流體薄層，稱為速度邊界層。與速度邊界層類似，在表面附近也存在一個溫度發生急劇變化的薄層。稱為熱邊界層。一般情況下，熱邊界層的厚度S，不一定等于速度邊界層的厚度民由于層流邊界層內分子沒有垂直于固體表面的運動。所以其中的熱傳遞只能依靠傳導作用，即使層流底層很薄，對熱傳遞仍有不可忽視的影響。爐內作為載熱體的爐氣其導熱系數很小，因此對流換熱的熱阻主要在于熱邊界層中(圖3-8)。至于紊流核心中，流體兼有垂直于固體表面方面的運動，強烈的混合大大提高了熱傳遞的強度，基本上不存在溫度梯度。

　　由以上分析可見，凡是影響邊界層狀況和紊流紊亂程度的因素，都影響到對流換熱的速率。例如流體的流速二(速度的大小決定邊界層的厚薄)、流體的導熱系數又(久越大層流底層的熱阻越小)、加熱爐的流體的a度產(貓度越大邊界層越厚)、流體的比熱容。、流體的密度P、流體和固體表面的溫度t，及t。、固體表面的形狀。和尺寸l等。換言之，對流給熱系數a是以上各因素的復雜函數，即顯然，要建立口與上述因素的真正數學關系式是十分困難的。研究對流換熱的方法(求解a)有兩種，一種是數學分析的方法，一種是實驗的方法。前者是建立起描述換熱現象的一組微分方程式，然后給出一些邊界條件。積分求解。由于對流現象的復雜性，目前只是在作了大量簡化假定以后才能解出，結果誤差也比較大。研究對流換熱現象更主要地是采用相似原理指導下的實驗法，這個方法對于研究流體力學、傳質現象等領域的問題，也有重大的實際意義。本節主要介紹實驗法及所導出的部分公式。

　　對流換熱過程的數學描述

　　根據上述對流換熱的機理分析，對流換熱過程需要用一組微分方程式來描述。

　　 運動橄分方程式

　　流體中的溫度分布與速度分布有關，描述勃性流體運動的微分方程式是納維爾一斯托克斯方程，即式(2-38)。

　　 連續性橄分方程式

　　為使方程組封閉，即待定未知量數目與方程數目要相同，還要加上式(2-33)的連續性微分方程式。

　　上述微分方程組是對一切對流換熱規律的一般性描述，只能給出這類現象的通解。為了求解某個具體的問題，必須附加若干反映具體特點的單值條件。這些條件包括邊界條件(邊界上速度及溫度的分布等)、幾何條件、物理條件(流體的導熱系數A、密度P"貓度fu、導溫系數a等)、時間條件(穩定流動還是不穩定流動)。單值條件和換熱微分方程組，給出了對于對流換熱現象完整的數學描述。