自然对流换热，亦称“自由对流换热”，简称“自然对流”、“自由对流”。是指不依靠泵或风机等外力推动，由流体自身温度场的不均匀所引起的流动。

参与换热的流体由于各部分温度不均匀而形成密度差，从而在重力场或其他力场中产生浮升力所引起的对流换热现象。

别称

自然对流、自由对流

影响因素

物体形状尺寸等

求解方法

有限差分法

分类

大空间、有限空间

基本定义

自然对流换热

亦称“自由对流换热”,简称“自然对流”、“自由对 流”。指参与换热的流体由于各部分 温度不均匀而形成密度差，从而在 重力场或其他力场中产生浮升力所 引起的对流换热现象。按周围空间 大小的不同，有大空间和有限空间 内自然对流换热两类。前者在加热 (或冷却)表面的四周并不存在其他 足以阻碍流体流动的物体，流动可 充分展开。

由于流体内部温度差引起密度不同而形成浮升力，在此浮升力引发的运动下所产生的换热过程，又称自由运动换热。热力管道、热力设备、锅炉炉体等与周围空气之间的换热都是自然对流换热。它的强度取决于流体沿固体换热表面的流动状态及其发展情况，而这些又与流体流动的空间和换热表面的形状、尺寸、表面与流体之间的温差、流体的种类与物性参数等许多因素有关，是一个受众多因素影响的复杂过程。

数值解法

近年来已经提出了许多数值计算方法 ,用来求解流体流动及对流换热问题。常用的方法有 :有限差分法、有限元法、边界元法、有限分析法。从方法发展与积累的经验、实施的难易及应用的广泛性等方面 ,就目前而言 ,随着计算机的应用 ,有限差分法还是一种通用的方法。有限差分法可以采用不同的差分格式 ,通常选用显格式和隐格式。凯勒单元法实质上也是一种隐格式 ,其主要特点有 :无条件稳定 ,可用变步长网格、二阶精度 ,可取较大的步长值、联立方程求解的程序编制简便 ,但在建立离散方程系数时 ,其运算比较复杂。由于凯勒单元法有其固有特性 ,因此 ,早在 70年代 ,就有许多的研究者将此法用于求解边界层问题。在最近 2 0年中 ,此方法发展已比较成熟。关于采用凯勒单元法求解边界层问题的详细内容见文献 [2 ],但是他们的兴趣在于强制对流换热 ,而不是自然对流换热。

数值模拟

封闭空间内的自然对流换热是计算流体力学和数值传热学的经典课题之一，在工程领域有着非常广泛的应用，在航空设计、大气科学、建筑设计，电子元件冷却、核反应等方面均涉及到。人们对自然对流换热已经进行了大量的实验和数值研究,D e V ah lD av is G最早发表了封闭方腔自然对流换热问题的基准解，对稳态的有水平热源的自然对流换热进行了计算，瑞利数R a达到106。Le Q uér[é2]继续进行计算，使R a达到了108。B.Calcagn i和M uhamm adA.R.Sharif等分别研究了封闭方腔内的底部加热侧面冷却的自然对流问题，实验和数值分析了热源尺寸对传热的影响。