对流换热指相对于固体表面流动的流体与固体表面间的热量传输；对流换热时，除了有随同流体一起流动的热量传输外，还存在传导方式的热交换，因此对流换热是流体流动与传导热量联合作用的结果。 对流换热的基本计算式是牛顿冷却公式，即热流密度为
。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。（10-1）
式中 α——表面传热系数（W/（m2·℃）；
TW及Tf——分别为固体表面温度及流体温度。
对于面积为A的接触面，对流换热的热流量为
。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。（10-2）
约定Φ与q总取正值，因此当TW＞Tf时，。则
牛顿冷却公式只是表面传热系数α的定义式，它没有揭示出表面传热系数与影响它的物理量之间的内在联系。本章的任务就是要求出表面传热系数α的表达式。
求解表面传热系数α的表达式有两个基本途径：一是分析解法；二是应用相似原理，将为数众多的影响因素归结成为数不多的几个无量纲准则，再通过实验确定α的准则关系式。本书将采用相似原理导出对流换热的准则方程式。
第一节 对流换热的机理及影响因素
一、对流换热机理
在动量传输中已经知道，当流体流过固体表面时，靠近表面附近存在速度边界层，边界层可以是层流边界层或紊流边界层，但是在紧靠固体表面上总是存在着层流底层。
与速度边界层类似，当粘性流体在固体表面上流动时，如果流体与固体壁面之间存在温差而进行对流换热，则在靠近固体壁面附近会形成一层具有温度梯度的温度边界层，也称为热边界层，如图5-1所示。贴壁处这一极薄的流体层相对于壁面是不流动的，壁面与流体间的热量传递必须穿过这个流体层，而穿过不流动流体的热量传递方式只能是导热。因此，对流换热的热量就等于穿过边界层的导热量。
将傅里叶定律应用于边界层可得
。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。（10-3）
式中 ——贴壁处流体的法向温度变化率；
A——换热面积。
将牛顿冷却公式（10-1）与上式（10-3）联解，即得到以下换热微分方程
。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。（10-4）
由上式可见，表面传热系数α与流体的温度场有联系，是对流换热微分方程组一个组成部分。式（10-4）也表明，表面传热系数α的求解有赖于流体温度场的求解。
二、影响对流换热的主要因素
对流换热是流动着的流体与固体表面间的热量交换。因此，影响流体流动及流体导热的因素都是影响对流换热的因素。即
流动的动力；被流体冲刷的换热面的几何形状和布置；流体的流动状态及流体的物理性质，即粘度η、比热容c、密度ρ及热导率λ等。
1）由于流动的起因不同，对流换热可分为强制对流换热和自然对流换热。
浮升力是自然对流的动力，它必须包括在自然对流的动量微分方程之中。
在强制对流的动量微分方程中，则可忽略浮升力。
2）区别被流体冲刷的换热面的几何形状和布置。最强磁铁
例如，在图10-1a中示出的管内强制对流的流动与流体外掠圆管的强制对流的流动是截然不同的。前一种是管内流动，属于所谓内部流动的范围；后一种是外掠物体的流动，属于所谓外部流动的范围。这两种不同流动条件下的换热规律必然是不相同的。
在自然对流情况下，不仅几何形状，而且几何布置对流动也有决定性影响。例如，图michelle yeh10-1b所示的水平壁，热面朝上散热的流动与热面朝下的流动就截然不同，它们的换热规律也是不一样的。
3）流体力学的研究表明，流体流动的强弱不同时，还表现出层流和湍流两种不同的流动形态刘顺元。显然，层流与湍流的换热规律不同，湍流时的换热要比层流时强烈。这是不同的流动形态对对流换热的又一个层次的影响因素。
4）此外，流体的物性也是影响对流换热的因素，包括不同温度及不同种类流体的物性的影响。这其中包括
a） 流体的导热系数λ：导热系数λ大的流体，在层流底层厚度相同时，层流底层的导热热阻就小，因而对流换热系数就大。
b） 流体的比热容c和密度ρ：ρc一般称为单位容积热容量，表示单位容积的流体当温度改变t℃时所变化的含热量。ρc越大，单位容积流体温度变化1℃时所变化的含热量就越多，即它载热的能力就越强，因而增强了流体与壁面之间的热交换，提高了对流换热系数。
c） 流体的动力粘度η：动力粘度η大的流体，流动时沿壁面的摩擦阻力也大。在相同的流速下，动力粘度大的流体的边界层较厚，因此减弱了对流换热，对流换热系数较小。
d） 流体的体膨胀系数β：体膨胀系数β值越大，流体的自然对流运动越激烈，对流换热越强。
第二节 对流换热微分方程组
对流换热微分方程组一般包括：换热微分方程式（10-4），能量微分方程，x、y、z三个方向的动量微分方程及连续性微分方程，共计六个方程。
一、能量微分方程
为了揭示对流换热时流体的流动与流体内部温度场的关系，人们推导了对流换热的基本方程忆唐——热量平衡方程。推导此方程时，假设流体为不可压缩的牛顿流体；其物性参数如λ、ρ、c为常数，不随温度和压力发生变化；且流体中无内热源；流体的流速不高，由粘性摩擦产生的耗散热可以忽略不计。以教材133页图9-1所示的微元体为分析对象。
在流体中任取一微元体dxdydz，由导热和对流换热进出该微元体的热能示于图10-2（z方向上未画出）。根据能量守恒定律，有如下关系式：
[对流输入的热量两房退市]-[对流输出的热量]+[传导输入的热量]-[传导输出的热量]=[微元体内能的累积量]
。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
（10-5a）
下面分析上式中各项
（1）dt时间内在x方向由对流输入微元体的净热量Q1,x
经整理并略去高阶无穷小量，得
同理可得dt时间内，在y方向及z方向由对流输入微元体的净热量Q1,y及Q1,z
（2）dt时间内在x方向由传导输入微元体的净热量Q2,x
同理可得dt时间内y方向及z方向由传导输入微元体的净热量Q2,y及Q2,z
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