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摩擦片散热对流换热系数的计算

摩擦片散热对流换热系数的计算

作者:
摩擦片
来源:
摩擦片产品网
发布时间:
2022/08/30
【摘要】:
[2022-08-30] 摩擦片散热对流换热系数的计算:对于湿式离合器,摩擦片散热的主要方式就是靠油液经过油槽时的对流换热进行。 对流换热系数对散热性能的优劣影响非常大。

摩擦片散热对流换热系数的计算

对于湿式离合器,摩擦片散热的主要方式就是靠油液经过油槽时的对流换热进行。 对流换热系数对散热性能的优劣影响非常大。

对流换热的影响因素通常包括以下五个方面

  1. 流体流动的起因

对流换热主要可以分为两大类:自然对流和强制对流。两种对流方式的不同 是由流体流动的不同状态引起的。两种对流方式区别主要在于温度、速度以及对 流换热规律等方面。自然对流的流速比强制对流的流速低,因此自然对流换热表 面传热系数较小。

  1. 流体的流动状态

层流与湍流是流体流动的两种主要状态。层流状态时流速比较慢,湍流时流 速比较快。层流时,流体会被分为好几层,这几层的流体都会沿着壁面方向相互 平行地流动,这时,与流动方向相互垂直的热量就靠热传导来传递。湍流时,由 于流体内的涡流强度比较大,流速快与流速慢的流体迅速汇合。流体湍流时不仅 有热传导现象发生,还有一大部分依赖流体的湍流脉动,这就是湍流产生的对流 换热要比层流的对流换热要强烈的原因。

  1. 流体的物性

流体的物理性质与其种类、温度与压力等息息相关。如果流体本身为不可压 缩,则温度对其物理参数起主导作用。一般在对流换热的计算过程中,用来表征 物体物理参数数值的温度叫做定性温度。导热和对流都是引起对流换热的起因, 因此,影响导热和对流的物理性质都将对对流换热产生一定的影响。

  1. 传热表面的因素

流体的流速分布情况与温度传播状况与传热接触面的轮廓、相对位置以及表 面粗糙度等因素有关,这些因素也会对对流换热产生一定的影响。

  1. 流体有无相变

如果流体在流动过程中相变没有明显的不同,则此时热量传递主要是以导热 的方式来进行。如果在流动过程中存在相变,这时就会存在能量的吸收与释放。

在湿式离合器接合过程中,由于冷却液的不断流动,对流换热一直进行。当 接合过程结束之后,在摩擦片的油槽以及内外端面处存在对流换热现象,因此对 流换热系数的确定应该用两个公式进行计算。内外端面处的对流换热计算公式为 [29].

h = cARemP^/d0 (3.8)

D uL

Re= (3.9)

Pr = pvcp/k (3.10)

式中,c,m是定值,可以通过文献[3。】查出;人为冷却液热传导系数,单位为 W/(m-K) Z为摩擦片直径,单位为m v为冷却液的运动黏度,单位是itf/s u 为摩擦片端面处的线速度,单位是m/s &为雷诺数;0为普朗特数;Q为密度, 单位是kg/m,;卩为运动粘度,单位是m2/s c,为比热,单位是J/(kg-°C) k 绕热系数,单位是FF/(m-°C)o

通过计算,润滑油的凡数值小于2200,故槽内的液体处于层流状态,此时 油槽内的冷却液的对流换热可以看作是管内强制对流换热,对于非圆形截面油 槽,可以用当量直径V来代表特征尺寸,表达式为:

4% (3.H)

式中,/•代表油槽的截面积,单位为m2 U代表油槽与冷却液接触区域的周长, 单位为m

此时径向油槽处的对流换热公式:

Nuf =1.86(Re/ Prz V /硏饥 /臨顽 (3.12)

上式的使用范围是:氏<2200,Pry =0.5-1700,

//〃w =°°44-9.8,

Rey Pryt/e//>10o

由于冷却液在矩形槽内很快地流过,因此此处计算对流换热时不考虑温度的 因素。此处默认/=1。冷却液的参数见表3.7

3.7冷却液的部分热物理参数

Table 3.7 Material parameters of oil

密度 比热 运动粘度

p/(kg/m3) /[W/(m-°C)] ^<106/(m2/s)

导热系数

k/W(m°CY'

880 1900 43

0.144

结合表2.1和表3.2中的数据,将其代入式(3.8)(3.12),求解后的对流换

 

热系数整理成表3.83.10。龙300-200分别表示对应转速在300r/min1200r/min

之间的对流换热系数。

3.8径向糟的不同转速下的流换热系数

Table 3.8 Convection coefficient on different speed of radial groove

表面位置

300

[W/(m2-K)]

600

[W/(m2« K)]

900

[W/(m2«K)]

A1200

[W/(m2* K)]

摩擦片外径处

149.60

177.97

246.02

284.95

摩擦片油槽内

144.75

243.40

291.49

340.64

摩擦片内径处

154.28

193.49

254.16

288.12

 

3.9螺旋径向槽的不同转速下的流换热系数

 

Table 3.9 Convection coefficient on different speed of spiral groove

表面位置

300

[W/(m2-K)]

600

[W/(m2- K)]

900

[W/(m2>K)]

1200

[W/(m2*K)]

摩擦片外径处

168.53

181.37

253.52

294.14

摩擦片油槽内

156.87

263.65

321.67

340.46

摩擦片内径处

163.48

174.43

275.32

298.47

 

3.10双圆弧槽的不同转速下的流换热系数

 

Table 3.10 Convection coefficient on different speed of double circuar groove

表面位置

300

[W/(m2*K)]

600

[W/(m2- K)]

900

[W/(m2- K)]

A1200

[W/(m2« K)]

摩擦片外径处

173.89

187.34

256.75

294.43

摩擦片油槽内

183.54

273.87

341.96

360.32

摩擦片内径处

179.83

182.32

287.32

309.21

上述三个表中列出了三种不同形式油槽的对流换热系数。实际上,每个表面 上施加的对流换热系数随着转速的变化都是非线性的,这里为了简化,釆用线性 插值的方式来进行计算。