forced

2.5NaturalConvection

11Heattransferinvolvingmotioninafluidcaudbythedifferenceindensityandtheactionofgravityiscalled

naturalorfreeconvection.

2Heattransfercoefficientsfornaturalconvectionaregenerallymuchlowerthanforforcedconvection,anditis

thereforeimportantnottoignoreradiationincalculatingthetotalheatlossorgain.

3Radianttransfermaybeofthesameorderofmagnitudeasnaturalconvection,evenatroomtemperatures,since

walltemperaturesinaroomcanaffecthumancomfort.

24Naturalconvectionisimportantinavarietyofheatingandrefrigerationequipment:（1）gravitycoilsudinhigh

humiditycoldstorageroomsandinroof-mountedrefrigerantcondenrs,(2)theevaporatorandcondenrof

houholdrefrigerators,(3)baboardradiatorsandconvectorsforspaceheatingand(4)coolingpanelsforair

conditioning.

5Naturalconvectionisalsoinvolvedinheatlossorgaintoequipmentcasingsandinterconnectingductsandpipes.

36Considerheattransferbynaturalconvectionbetweenacoldfluidandahotsurface.

7Thefluidinimmediatecontactwiththesurfaceisheatedbyconduction,becaulighterandrisbecauofthe

differenceindensityoftheadjacentfluid.

8Themotionisresistedbytheviscosityofthefluid.

9Theheattransferisinfluencedby:(1)gravitationalforceduetothermalexpansion,(2)viscousdragand(3)thermal

diffusion.

10Itmaybeexpectedtodependonthegravitationalaccelerationg,thecoefficientofthermalexpansionβ,the

kinematicviscosityν(=μ/ρ),andthethermaldiffusivityα=(κ/ρc

p

).

11Thevariablescanbeexpresdintermsofdimensionlessnumbers:theNusltnumber,Nu,isafunctionofthe

productofthePrandtlnumber，Pr，andGrashofnumber，Gr，which，whencombined，dependonthefluidproperties，

thetemperaturedifferencebetweenthesurfaceandthefluid，Δt，andthecharacteristiclengthofthesurface，L.

12Theconstantcandexponentndependonthephysicalconfigurationandnatureofflow.

413Theentireprocessofnaturalconvectioncannotbereprentedbyasinglevalueofexponentn,butcanbe

dividedintothreeregions:(1)turbulentnaturalconvectionforwhichnequals0.33,(2)laminarnaturalconvection,

forwhichnequals0.25and(3)aregionthathas(Gr·Pr)lessthanforlaminarconvection,forwhichtheexponent

ngraduallydiminishesfrom0.25tolowervalues.

14Notethat,forwires,the(Gr·Pr)islikelytobeverysmall,sothattheexponentnis0.1.

515Tocalculatethenaturalconvectionheattransfercoefficient,determine(Gr·Pr)tofindwhethertheboundary

layerislaminarorturbulent,thenapplytheappropriateequation.

16Thecorrectcharacteristiclengthindicatedmustbeud.

17Sincetheexponentnis0.33foraturbulentboundarylayer,thecharacteristiclengthcancelsout,andtheheat

transfercoefficientisindependentofthecharacteristiclength.

18Turbulenceoccurswhenlengthortemperaturedifferenceislarge.

19Sincethelengthofapipeisgenerallygreaterthanitsdiameter,theheattransfercoefficientforverticalpipesis

largerthanforhorizontalpipes.

620Convectionfromhorizontalplatesfacingdownwardwhenheated(orupwardwhencooled)isaspecialca.

21Sincethehotairisabovethecolderair,thereisnotheoreticalreasonforconvection.

22Someconvectioniscaud,however,bycondaryinfluencessuchastemperaturedifferencesontheedgesof

theplate.

23Asanapproximation,acoefficientofsomewhatlessthanhalfofthecoefficientforaheatedhorizontalplate

facingupwardcanbeud.

724Sinceairisoftentheheattransportfluid,simplifiedequationsforairaregiven.

25Otherinformationonnaturalconvectionisavailableinthegeneralheattransferreference.

826Obrveddifferencesinthecomparisonsofrecentexperimentalandnumericalresultswithexistingcorrelations

fornaturalconvectiveheattransfercoefficientsindicatethatcautionshouldbetakenwhenapplyingcoefficientsfor

(isolated)verticalplatesrecommendedbyASHRAEforsituationswithverticalsurfacesinenclodspaces

(buildings).

27Improvedcorrelationsforcalculatingnaturalconvectiveheattransferfromverticalsurfacesinroomsunder

certaintemperatureboundaryconditionshavebeendeveloped.

928Naturalconvectioncanaffecttheheattransfercoefficientintheprenceofweakforcedconvection.

29Astheforcedconvectioneffect,i.e.,theReynoldsnumber,increas,the“mixedconvection”(superimpod

forced-on-freeconvection)giveswaytothepureforcedconvectionregime.

30Sincetheheattransfercoefficientinthemixedconvectioncalculationalone,attentioniscalledtoreferenceson

combinedfreeandforcedconvectionheattransfer.

31Thereferencegivenbeforesummarizesnatural,mixed,andforcedconvectionregimesforverticalandhorizontal

tubes.

32Localconditionsinfluencethevaluesoftheconvectioncoefficientinamixedconvectionregime,butthe

referencespermitlocatingthepertinentregimeandapproximatingtheconvectioncoefficient.

2.5自然对流

11传热流体密度和重力的作用的差异所造成的议案被称为自然

或自由对流。

2自然对流换热系数一般比强制对流低得多，因此，它是重要的不

能忽视，在计算总热量损失或增益的辐射。

3顺序相同数量级的自然对流，辐射传输可能，即使在室温下，因

为在一个房间的墙壁温度会影响人体舒适度。

24自然对流是很重要的各种供暖和制冷设备：（1）重力线圈用

在高湿度的冷藏室，并在屋顶安装制冷剂冷凝器，（2）家用电冰

箱蒸发器和冷凝器，（3）基板散热器和空间加热和对流（4）空调

冷却板。

5也参与了自然对流热损失或增益设备的外壳和连接管道和管道。

36考虑之间的冷流体和热表面的自然对流换热。

7传导被加热流体在表面直接接触，因为更轻，因为在相邻流体的

密度差异升起。

8该议案被抵抗流体的粘度。

9传热的影响：（1）由于热膨胀，（2）粘性阻力和（3）热扩散

的引力。

10它可以依靠的重力加速度g，热膨胀系数β，运动粘度ν（=μ/

ρ），热扩散系数α=（κ/ρcp）的。

11这些变量可以量纲数表示：努塞尔数，怒族，是普朗特数，镨，

格拉雪夫数，GR，其中，合并时，取决于流体性质，温度差的产品

的功能之间的表面和流体，ΔT，表面特征长度，L。

12常数C和指数n取决于物理配置和流动的性质。

413整个自然对流过程不能代表1指数n的单值，但可划分为三

个区域：（1）动荡的天然对流而列印等于0.33，（2）层流自然对

流，而列印等于0.25和（3）有（GR•PR）小于层对流的一个区域，

其中指数n逐渐减退从0.25至较低的值。

14请注意，电线，（GRPR）可能是非常小的，这样的指数n为0.1。

515计算的自然对流换热系数，确定（GR•PR）寻找是否层流或湍

流边界层，然后应用相应的方程。

16必须使用正确的特征长度表示。

17由于指数n为0.33湍流边界层特征长度取消，其传热系数是独

立的特征长度。

18动荡发生时长或温差大。

19自管的长度一般是大于它的直径比水平管道，垂直管道的传热

系数较大。

620从横板朝下时，加热（或向上冷却时）对流是一种特殊情况。

21由于热空气冷空气以上，有没有对流的理论原因。

22然而，一些对流引起的，中学的影响，如板边缘上的温度差异。

23作为一种近似，有些超过一半了激烈的横板朝上系数系数都可

以使用。

724由于空气往往是热传输流体，空气简化方程。

25自然对流的其他信息是在一般的传热参考。

826在最近的实验和数值模拟结果与现有的自然对流换热系数的

相关性比较观察到的差异表明，申请在封闭的空间（建筑物）的垂

直表面的情况下由ASHRAE推荐的垂直板（隔离）系数时，应采取

谨慎。

27从房间中的垂直表面一定的温度边界条件下的自然对流换热计

算改进的相关性已经制定出来。

928自然对流的影响存在薄弱强制对流的传热系数。

29由于强制对流效果，即雷诺数的增加，“混合对流”（叠加被

迫自由对流）让位给纯强制对流制度。

30由于在混合对流单独计算的传热系数，注意力被称为联合自由

和强迫对流换热的参考。

31前参考总结了垂直和水平管自然，混合，和强迫对流制度。

32当地条件的影响在对流换热系数混合对流政权的价值，但引用

允许定位的有关制度和近似对流系数。