
【化】 individual heat transfer coefficient
传热分系数(Heat Transfer Sub-cofficient)是工程热物理领域的核心参数,指在复合传热过程中,不同传热方式(导热、对流、辐射)对应的量化指标。其英文表述可细分为:
导热系数(Thermal Conductivity,符号$lambda$)
表征材料导热能力的物性参数,遵循傅里叶定律:
$$ q = -lambda frac{partial T}{partial x} $$
其中$q$为热流密度,$frac{partial T}{partial x}$为温度梯度。
对流换热系数(Convective Heat Transfer Coefficient,符号$h$)
通过牛顿冷却公式定义:
$$ Q = hA(T_s - T_f) $$
$T_s$为表面温度,$T_f$为流体温度,该系数与流动状态、流体性质相关。
辐射换热系数(Radiative Heat Transfer Coefficient,符号$h_r$)
基于斯特藩-玻尔兹曼定律推导:
$$ h_r = varepsilon sigma (Ts + T{infty})(Ts + T{infty}) $$
$varepsilon$为发射率,$sigma$为斯特藩-玻尔兹曼常数。
该术语在锅炉设计、建筑节能等领域具有重要应用,美国机械工程师协会(ASME)标准PTC 12.2-2022规定其工程测量方法。国际传热传质中心(ICHMT)建议采用分系数叠加法进行复合传热计算。
参考文献:
传热分系数是描述对流传热过程强度的关键参数,其详细解释如下:
传热分系数(individual heat transfer coefficient)又称传热膜系数、给热系数或放热系数,用于衡量流体与固体壁面之间对流传热的效率。其定义为:在单位时间内,当流体与壁面之间的温度差为1K(或1℃)时,通过单位传热面积传递的热量。
物理上,传热分系数α表示流体与壁面温差为1K时,单位时间内通过单位面积传递的热量,单位为W/(m²·K)。其倒数(1/α)表征对流传热的热阻。
传热分系数可通过努塞尔数(Nu)关联流体的热导率(λ)和特征长度(L):
$$
alpha = frac{lambda cdot Nu}{L}
$$
其中,努塞尔数反映对流传热的强弱,与流体流动状态、物性参数(如普朗特数Pr)相关。
传热分系数(α)仅针对单侧流体的对流传热,而传热系数(K)是总传热过程的综合参数,包含两侧α、材料导热及垢层热阻。例如,平壁传热公式:
$$
frac{1}{K} = frac{1}{alpha_1} + frac{delta}{lambda} + frac{1}{alpha_2}
$$
(α₁、α₂为两侧传热分系数,δ为壁厚,λ为材料热导率)。
传热分系数是分析对流传热的核心参数,其值受流体物性、流动条件等多因素影响,需结合具体场景计算。实际工程中常通过实验或经验关联式确定α值,进而优化换热设备设计。
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