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关于对流换热系数测量及计算方法 　　引言 　　由于机械摩擦、内漏、流动及节流损失等原因，液压系统的压力能转化为热能，一部分通过壳体散逸到周围环境，另一部分贮存在油液中导致液压油温度升高。油液温度过高，将产生热变形使精密结构卡滞、降低液压油的黏度、加速密封件老化，降低液压系统性能，甚至导致其功能丧失。对流换热是液压系统散逸热量的主要形式，目前计算对流换热主要采用牛顿冷却公式，计算关键在于确定对流换热系数。 　　对流换热系数与流体和换热表面的物性、状态等诸多因素有关，这些因素具体如何影响对流换热系数至今仍没有一个明确公式能够反映，如何获得精确的对流换热系数是工程中的一个难点。对流换热系数的概念提出后，国内外学者对其进行了长期研究，提出了不同的对流换热系数获得方法。本研究首先介绍获得对流换热系数测试计算方法的发展，然后对目前工程上获得对流换热系数的方法进行概述，分析这些方法的优缺点、适用范围及发展前景，为液压系统对流换热系数的准确测量与计算提供借鉴。 　　1对流换热系数测量与计算方法的发展 　　在牛顿冷却公式提出后相当长时间里，只能通过比较原始的实验方法，反复地控制变量进行实验，通过分析、计算实验所得大量数据来获得对流换热系数。 　　由于对流换热系数影响因素众多，变量控制困难，实验过程和数据处理相当繁琐。 　　20世纪60年代起，计算机技术在全球范围内逐渐得到广泛应用，数值方法求解流动和传热问题开始形成规模，并取得瞩目成果。1981年第一款商用CFD软件PHOENICS投放市场，之后商用CFD 软件越来越多的应用在工程实践中。20世纪80年代后，随着计算机技术的飞速发展，数值方法在对流换热的研究和工程领域占有越来越重要的地位，如今已成为工程求解对流换热系数的主要方法之一。 　　2对流换热系数测量与计算方法概述 　　目前工程上对流换热系数的计算方法主要有理论分析方法、实验测量方法和数值计算方法，下面分别加以描述。 　　2.1理论分析法 　　理论分析法是指对描写某一类对流换热问题的偏微分方程补充相应的定解条件进行数学求解，从而得到压力场、速度场和温度场解析解的方法。把流体看作连续介质，由质量守恒定律，可以得到流体的连续性方程;由动量守恒定律可以得到流体的动量方程组;由能量守恒定律可以得到流体的能量方程组。根据具体问题模型补充定解条件，求解这些偏微分方程组，即可得到相应条件下的对流换热系数。Parmelee阐述了流体横掠平板表面的强制对流换热分析法求解过程，Eckert利用分析法得到多种流动模型的对流换热理论解，对近代对流换热理论发展做出重要贡献。 　　2.2实验测量法 　　实验测量法是指通过实验测量直接或间接获取对流换热系数的方法。根据实验原理不同，实验测量法可分为比拟法、热流法、集中参数法、周期振荡法和液晶测温法等。 　　1)比拟法 　　比拟法是指通过研究对流换热问题与其他物理问题之间类似特性，建立两者间的相互关系来求解对流换热系数的方法，常用的比拟方法有热量动量比拟和热质比拟。 　　2)热流法 　　热流法是指通过测量系统对流换热的热流密度、流体温度和物Hmh体表面温度，根据牛顿冷却公式计算得出对流换热系数的方法，该方法原理简单，可操作性强，在工程测量对流换热系数时被广泛采用。 　　2.3数值计算法 　　直接对描写对流换热问题的偏微分方程组进行数目前求解对流换热系数的数值方法中应用最广泛的方法有三种:有限容积法、有限元法和有限差分法。 　　3结论 　　获得对流换热系数的具体方法有多种，每一种方法都有它的优势和局限性，不同方法适用范围不一样。理论分析方法结果能推动理论发展，但难以解决复杂的实际问题; 实验方法结果能反映真实的情况，但耗时长、花费高，实验模型搭建可能存在困难;数值计算方法门槛低，易于建立计算模型，但结果误差难以量化估计。研究、获取液压系统对流换热系数时，应针对具体情况，选取合适方法，或者多种方法组合、相互间取长补短，这样才能得到最优研究方案。