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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
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：
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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为 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/么=1。冷却液的参数见表3.7。
表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3.8〜3.10。龙300-加200分别表示对应转速在300r/min到1200r/min
之间的对流换热系数。
表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 |
力300 [W/(m2-K)] |
龙600 [W/(m2« K)] |
方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 |
|
|
表3.9螺旋径向槽的不同转速下的流换热系数 |
|
||
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Table 3.9 Convection coefficient on different speed of spiral groove |
||||
|
表面位置 |
力300 [W/(m2-K)] |
力600 [W/(m2- K)] |
为900 [W/(m2>K)] |
步 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 |
|
|
表3.10双圆弧槽的不同转速下的流换热系数 |
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||
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Table 3.10 Convection coefficient on different speed of double circuar groove |
||||
|
表面位置 |
为300 [W/(m2*K)] |
九600 [W/(m2- K)] |
方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。