表面換熱系數(shù)

表面換熱系數(shù)是指在單位時(shí)間內(nèi),當(dāng)工件表面單位面積和流體之間的平均溫差為1 ℃時(shí),工件表面單位面積和流體之間所傳遞的熱量,其單位是W/(m2·℃)。

冷卻曲線反映的是探頭心部溫度隨時(shí)間的變化,而表面換熱系數(shù)反映的是表面熱量傳遞的速率。與冷卻曲線相比,表面換熱系數(shù)能更直觀地反映介質(zhì)冷卻能力的變化,同時(shí)換熱系數(shù)也是進(jìn)行有限元模擬計(jì)算的一個(gè)重要的邊界條件。

獲取表面換熱系數(shù)方法如下:

1)溫度梯度法(近表面雙測點(diǎn)差分法)。根據(jù)界面換熱的邊界條件可得

(1)

式中:h為工件表面面積與介質(zhì)之間的換熱系數(shù),W/(m2·℃);ts為工件表面溫度,℃;ta工件周圍介質(zhì)溫度,℃。

只要測定出近表面的溫度梯,即可求出換熱系數(shù)。

2)直接測量表面溫度法。測量換熱系數(shù)最簡便的方法是測定表面溫度變化。該方法是在距表面很近處埋設(shè)一熱電偶,并以此作為表面溫度,然后由有限差分法或有限元法求得整個(gè)探頭的瞬態(tài)溫度場分布,由最表面兩點(diǎn)的溫度求得溫度梯度和換熱系數(shù)值。

對(duì)空冷、爐冷等溫度變化較為緩慢的情況較為適用,而溫度變化較大時(shí),受測量精度限制,誤差很大。此算法成熟可靠,簡單易行,但熱電偶固定困難。

3)反傳熱法。用反向求解傳熱偏微分方程的方法(簡稱反傳熱法)獲得換熱系數(shù)有重要應(yīng)用價(jià)值。其特點(diǎn)是利用試驗(yàn)手段測得探頭內(nèi)部某點(diǎn)或某幾個(gè)點(diǎn)上的冷卻曲線,通過求解導(dǎo)熱偏微分方程,求得物體表面邊界條件和換熱系數(shù)。