组合热传导和对流热传递计算
组合热传导和对流热传递计算
Combined Thermal Conduction and Convection Heat Transfer Calculations
介绍
傅里叶传导定律通常用于热传导计算，而牛顿定律则用于热对流计算。然而，热传导和热对流很少发生在隔离中。传导，对流和/或辐射通常一起发生。对于涉及对流，传导和/或辐射组合的热传递计算，在计算中对每种类型的热传递使用热阻是方便的。本文将介绍组合传导和对流换热计算中使用的热阻，包括一个示例问题。对流热阻是根据对流传热系数计算出来的，传导热阻由导热系数计算。
傅立叶的传导定律
如上所述，当有关于每个单独的热传递过程的足够的信息时，热传导的傅定律和冷却的牛顿定律通常用于涉及热传导或热对流的热传递计算。
傅立叶热传导定律将在本节中介绍。牛顿的冷却定律将在下一节中介绍。然后将考虑重新排列方程使其对组合对流传导热传递有用的程序。
傅里叶热传导定律为：q = kA（ΔT/ L），其中
q =传导热传递速率，单位为Btu / hr，
K =通过该热传导正在发生，以Btu材料/ HR-的热传导率ö F-英尺，
A =垂直于热流的面积，ft 2，
ΔT=驱动传热的温差，o F，
L =传导热传递的距离，ft。
这些参数如上图所示用于传导热传递。
牛顿的冷却定律
牛顿的冷却定律用于自然对流（由温度引起的流体密度变化引起的流体流动）和强制对流（由风力，风扇，泵等外部力引起的流体流动）。以下是用于对流传热的牛顿冷却定律的正常形式：
q = h AΔT，其中
q = Btu / hr对流传热速率，
H =在不过/小时-英尺的对流热传递系数2 - ø楼
A =垂直于热流的面积（ft 2）
ΔT=驱动o F中对流热传递的温差
这些参数在右图中用于对流传热。
对于可下载的Excel电子表格，用于计算各种常用强制对流传热配置的强制对流传热系数，请参阅文章“ 使用Excel电子表格计算强制对流热传递系数 ”。
传导和对流热传递的热阻
傅里叶传导定律和牛顿冷却定律各自可以重新排列成：
流量=（驱动力）/电阻，其中q是流量（热），ΔT（或T 1 - T2）是驱动热流的力，右手侧的分母是以下各方程式中的热流的热阻：
传导传热：q =ΔT/（L / kA）;
因此{R cond = L / kA是对导电热传递的阻力}
对流传热：q =ΔT/（1 / hA）; 因此{R conv = 1 / hA是对流热传递的阻力}
利用这些具有导电和对流热阻的方程式，可以使用串联或并联电阻的相同方程式对串联或并联发生的组合对流/传导热传递进行分析，如下所示：
电阻R 1和R 2串联（电阻或热电阻）：R tot = R 1 + R 2
电阻R 1和R 2并联（电阻或热电阻）：1 / R tot = 1 / R 1 + 1 / R 2或R tot = R 1 R 2 /（R 1 + R 2）
串联和并联的对流/传导热阻的概念在本节上面的图中说明。
示例热传导/对流计算
问题说明：考虑上一节左上图中所示的两层墙壁的热流。鉴于：
Ť 1 =内壁表面温度= 250 ö F;
Ť 4 =外部空气temerature = 40 ö F;
L 1 = 0.8英尺; L 2 = 1.2英尺;
h =墙外的对流传热系数= 3 Btu / hr-ft 2 - o F;
ķ 1 = 0.70 BTU / HR-FT- ö F; 且k 2 = 1.1 BTU / HR-FT- Ò F.
通过以Btu /小时-英尺每单位面积，Q / A壁计算热流的速率2。
解决方案：热流的速率将等于总温差除以三个热阻的总和（因为三个热阻串联）：
q =（T 1 -T 4）/ [L 1 / k 1 A + L 2 / k 2 A + 1 / hA]; 这也可以写成：
q / A =（T 1 -T 4）/ [L 1 / k 1 + L 2 / k 2 + 1 / h] =（250-40）/（0.8 / 0.7 + 1.2 / 1.1 + / hr-ft 2 = 81.8 Btu / hr-sq.ft。
参考
参考资料：
1. Bengtson，哈伦H，传热学基本原理，网上继续教育课程工程PDH信贷
2. Incropera，FP，DeWitt，DP，Bergman，TL，＆Lavine，AS，Fundamentals of Heat and Mass Transfer，第6版，Hoboken，NJ，John Wiley＆Sons，（2007）。
3. Lienhard，JH，IV和Lienhard，JH V，A Heat Transfer Textbook：A Free Electronic Textbook
换热基础
了解传导，对流和辐射三种传热机制，包括实例计算。传导热传递主要在固体中。对流传热是由于移动的流体。热也可以通过电磁辐射传递。