Q) 流速を増やすとなぜ熱伝達率が増えるのか?

A) 温度境界層が薄くなるからです。

熱伝達率は、「流体の熱伝導率/温度境界層厚さ」にほぼ等しく
つまりは温度境界層厚さが減少すると熱伝達率が増加します。

温度境界層はこちらのページで説明している通り
「壁面表面に接した壁面温度と等しい流体温度が壁から離れるに従い、一様流温度に等しくなるまでの領域」
という事ができます。

つまり、流速が速くなると流体温度が壁面近傍の層に与える影響が大きくなるので
境界層が薄くなります。