对流热传递

对流热传递是指通过流体运动传递热能的过程。在工程实践中，它用于提供特定的温度变化。例如，热交换器、电子设备冷却和涡轮叶片冷却均属于对流热传递现象。

对流热传递包含两个机制：因分子随机运动而产生的能量传递（扩散）；因液体大规模整体运动而产生的能量传递（平流，即一群分子的集体运动）。

固体的对流热传递需要通过流体的整体运动以及扩散来传递热。因分子随机运动产生的影响主要出现在流体速度较低的表面附近。在表面和流体之间的交界面处，流体速度为零（即：流体和表面之间不存在相对运动）且热传递仅通过扩散进行。

尽管还存在其他机制（例如，重力、颗粒、热磁、毛细管作用或 Marangoni 和 Weissenberg 驱动效应），但对流通常是指自然（“自由”）对流或强制对流。

表面的对流热传递符合牛顿冷却定律：

图 1. EQUATION_DISPLAY

q_{s} ″ = h (T_{s} - T_{r e f})

(196)

其中：

牛顿冷却定律表明，局部表面热通量与局部表面和流体温度差之间存在线性关系。此线性关系仅为近似关系。在现实中，它很可能是非线性关系。由于表面上不同点的流动条件可能不同，因此， $q_{s} ″$ 和 $h$ 可能会因空间和时间的不同而异。

自然对流

在重力场中，温差会引起自然对流，并且影响流体的密度，从而影响其相对浮力。密度较大的组分会下降，而较轻（密度较小）的组分会上升，导致流体总体性运动。

出现以下任何条件时，发生自然对流的可能性更大且速度更快：

出现以下任何条件时，发生自然对流的可能性更小和/或速度更慢：

为了量化可能发生自然对流的时间，定义了无量纲瑞利数，可将其视为浮力与粘性力之比乘以动量与热扩散率之比。当瑞利数超过 $10^{5}$ 时，可能发生自然对流。

在强制对流中，流体运动由外部源（例如，风扇、泵或螺旋桨操作）产生，且通常用于增加冷却或加热应用中的表面上的传热率。

在混合对流（即：自然对流和强制对流同时出现）情况下，可以确定强制对流和自然对流的影响程度。瑞利数 (Ra)、普朗特数 (Pr) 和雷诺数 (Re) 的相对幅值指示主导的对流形式：

如果 $\frac{R a}{P r {Re}^{2}} » 1$ ，则自然对流占主导，强制对流可以忽略。

如果 $\frac{R a}{P r {Re}^{2}} « 1$ ，则强制对流占主导，自然对流可以忽略。

如果 $\frac{R a}{P r {Re}^{2}} ≃ 1$ ，将出现混合对流，强制对流和自由对流均不占主导，因此这两项都需要考虑。