
【化】 individual heat transfer coefficient
傳熱分系數(Heat Transfer Sub-cofficient)是工程熱物理領域的核心參數,指在複合傳熱過程中,不同傳熱方式(導熱、對流、輻射)對應的量化指标。其英文表述可細分為:
導熱系數(Thermal Conductivity,符號$lambda$)
表征材料導熱能力的物性參數,遵循傅裡葉定律:
$$ q = -lambda frac{partial T}{partial x} $$
其中$q$為熱流密度,$frac{partial T}{partial x}$為溫度梯度。
對流換熱系數(Convective Heat Transfer Coefficient,符號$h$)
通過牛頓冷卻公式定義:
$$ Q = hA(T_s - T_f) $$
$T_s$為表面溫度,$T_f$為流體溫度,該系數與流動狀态、流體性質相關。
輻射換熱系數(Radiative Heat Transfer Coefficient,符號$h_r$)
基于斯特藩-玻爾茲曼定律推導:
$$ h_r = varepsilon sigma (Ts + T{infty})(Ts + T{infty}) $$
$varepsilon$為發射率,$sigma$為斯特藩-玻爾茲曼常數。
該術語在鍋爐設計、建築節能等領域具有重要應用,美國機械工程師協會(ASME)标準PTC 12.2-2022規定其工程測量方法。國際傳熱傳質中心(ICHMT)建議采用分系數疊加法進行複合傳熱計算。
參考文獻:
傳熱分系數是描述對流傳熱過程強度的關鍵參數,其詳細解釋如下:
傳熱分系數(individual heat transfer coefficient)又稱傳熱膜系數、給熱系數或放熱系數,用于衡量流體與固體壁面之間對流傳熱的效率。其定義為:在單位時間内,當流體與壁面之間的溫度差為1K(或1℃)時,通過單位傳熱面積傳遞的熱量。
物理上,傳熱分系數α表示流體與壁面溫差為1K時,單位時間内通過單位面積傳遞的熱量,單位為W/(m²·K)。其倒數(1/α)表征對流傳熱的熱阻。
傳熱分系數可通過努塞爾數(Nu)關聯流體的熱導率(λ)和特征長度(L):
$$
alpha = frac{lambda cdot Nu}{L}
$$
其中,努塞爾數反映對流傳熱的強弱,與流體流動狀态、物性參數(如普朗特數Pr)相關。
傳熱分系數(α)僅針對單側流體的對流傳熱,而傳熱系數(K)是總傳熱過程的綜合參數,包含兩側α、材料導熱及垢層熱阻。例如,平壁傳熱公式:
$$
frac{1}{K} = frac{1}{alpha_1} + frac{delta}{lambda} + frac{1}{alpha_2}
$$
(α₁、α₂為兩側傳熱分系數,δ為壁厚,λ為材料熱導率)。
傳熱分系數是分析對流傳熱的核心參數,其值受流體物性、流動條件等多因素影響,需結合具體場景計算。實際工程中常通過實驗或經驗關聯式确定α值,進而優化換熱設備設計。
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