一种对流散热系数的确定方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种对流散热系数的确定方法及系统。该方法包括：建立摩擦副数值模型；根据摩擦副数值模型在不同制动工况下进行摩擦副热环境工程计算，得到热环境计算结果；根据热环境计算结果，确定试验件结构和模型材料；建立虚拟摩擦副FEM传热模型；确定摩擦副台架试验工况；根据摩擦副台架试验工况建立不同制动工况下摩擦副CFD模型；对虚拟摩擦副FEM传热模型和下摩擦副CFD模型进行顺序耦合计算，得到耦合计算结果；将耦合计算结果与真实试验结果进行对比，得到对比结果；判断对比结果是否在预设范围内；若是，则输出对流散热系数，结束操作；若否，则修正摩擦副CFD模型。本发明专利技术能够快速地得到精确度较高的对流散热系数。

A method and system to determine the coefficient of convective heat dissipation

【技术实现步骤摘要】
一种对流散热系数的确定方法及系统
本专利技术涉及对流散热系数计算领域，特别是涉及一种对流散热系数的确定方法及系统。
技术介绍
交通工具速度不断提升，总动能随之不断大幅度攀升，这导致制动引起的摩擦热剧烈增加。高温作用下摩擦副材料的性能变化，在反复的制动过程中摩擦副将产生热疲劳和热衰退。同时，巨大的摩擦热引起显著的温度梯度，由温度梯度引起的热应力导致制动盘萌生裂纹，给交通工具的制动系统带来安全隐患，严重威胁交通运输的安全。制动过程是温度场和流场的耦合过程。因为制动盘高速旋转带动的旋转气流会对摩擦副的温度场产生显著影响，故在进行温度场计算时必须考虑流场的作用。理论和实践表明，制动中存在着两种作用：(1)摩擦产生热量加热摩擦副；(2)摩擦副在高速流体中的散热。因此研究制动过程需要考虑热流固耦合效应，需要计算(1)摩擦生热过程进行热-固耦合效应和(2)摩擦副的结构对整车运行阻力的影响显著，高速流体作用下摩擦副的散热性能和空气阻力性能。摩擦副的结构与流场在摩擦副表面通过热流发生能量交换，热流计算精度直接影响传热计算数据，因此获得准确的对流散热系数对于流场和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对流散热系数的确定方法，其特征在于，包括：/n根据摩擦副的摩擦面微观结构特征建立摩擦副数值模型；/n根据所述摩擦副数值模型在不同制动工况下进行摩擦副热环境工程计算，得到热环境计算结果；/n根据所述热环境计算结果，确定试验件结构和模型材料；/n根据所述试验件结构和所述模型材料，建立虚拟摩擦副FEM传热模型；/n根据所述试验件结构和所述模型材料，确定摩擦副台架试验工况；/n根据所述摩擦副台架试验工况建立不同制动工况下摩擦副CFD模型；/n对所述虚拟摩擦副FEM传热模型和所述下摩擦副CFD模型进行顺序耦合计算，得到耦合计算结果；/n将所述耦合计算结果与真实试验结果进行对比，得到对比结果；/n...

【技术特征摘要】
1.一种对流散热系数的确定方法，其特征在于，包括：
根据摩擦副的摩擦面微观结构特征建立摩擦副数值模型；
根据所述摩擦副数值模型在不同制动工况下进行摩擦副热环境工程计算，得到热环境计算结果；
根据所述热环境计算结果，确定试验件结构和模型材料；
根据所述试验件结构和所述模型材料，建立虚拟摩擦副FEM传热模型；
根据所述试验件结构和所述模型材料，确定摩擦副台架试验工况；
根据所述摩擦副台架试验工况建立不同制动工况下摩擦副CFD模型；
对所述虚拟摩擦副FEM传热模型和所述下摩擦副CFD模型进行顺序耦合计算，得到耦合计算结果；
将所述耦合计算结果与真实试验结果进行对比，得到对比结果；
判断所述对比结果是否在预设范围内；
若是，则输出对流散热系数，结束操作；
若否，则修正摩擦副CFD模型，并返回“根据所述摩擦副台架试验工况建立不同制动工况下摩擦副CFD模型”。


2.根据权利要求1所述的一种对流散热系数的确定方法，其特征在于，所述根据所述试验件结构和所述模型材料，建立虚拟摩擦副FEM传热模型，具体包括：
根据所述试验件结构和所述模型材料，建立虚拟摩擦副热传导模型：



其中，ks为热导率，ρg为密度，Cps为定压比热容，Ts为温度，t为时间；
根据所述试验件结构和所述模型材料，建立虚拟摩擦副热流耦合模型：
qw＝hc(Ts-Tf)
其中，热流密度qW为单位面积的固体表面与流体之间在单位时间内交换的热量，hc为对流散热系数；Ts为固体表面温度，Tf为周围流体温度；
根据所述试验件结构和所述模型材料，建立虚拟摩擦副辐射散热模型：
Eb＝σb·A·T4
其中，Eb为黑体辐射能；σb为黑体辐射系数，其值为5.67×10-8W/(m2·K4)；A为物体的表面积；T为物体的绝对温度。


3.根据权利要求1所述的一种对流散热系数的确定方法，其特征在于，所述根据所述摩擦副台架试验工况建立不同制动工况下摩擦副CFD模型，具体包括：
根据所述摩擦副台架试验工况采用公式确定关于速度、压力和温度的函数关系式；
公式中，是流体微元内能的变化率，-divq是外界对微元体的热传导，q是热流密度，-pdivV是微元体表面压力对流体做功而转化成的能量，p是压力，divV是流体速度矢量的散度，Φε是能量耗散函数，表示作用在控制体积表面上的法应力和剪应力因流体位移产生摩擦功而转变成的热能，


其中η是流体移动的摩擦系数，S是微元体的内部热源。
根据各所述函数关系式，选择湍流模型；
根据各所述函数关系式，确定当前时刻的速度值、压力值和温度值；
根据所述速度值、所述压力值、所述温度值和所述湍流模型进行模拟，得到关于对流散热系数的函数关系式。


4.根据权利要求3所述的一种对流散热系数的确定方法，其特征在于，所述根据各所述函数关系式，选择湍流模型，具体包括：
根据各所述函数关系式，确定湍流动能模型：



根据各所述函数关系式，确定湍流耗散率模型：



湍流动能模型方程中，Gk表示由层流速度梯度而产生的湍流动能，Gb表示由浮力产生的湍流动能，YM表示由于在可压缩湍流中，过渡的扩散产生的波动，σk表示k方程的湍流Prandtl数，Sk是用户自定义参数；湍流耗散率模型中C1，C2，是常量，σε是ε方程的湍流Prandtl数，和Sε是用户自定义参数。μ是常数，K是特征速度，ρ是密度。


5.根据权利要求1所述的一种对流散热系数的确定方法，其特征在于，所述摩擦副台架试验工况包括：实际制动工况下空气相对于整个摩擦副对流的流动速率、试验件温度的时间与空间分布、热变形的时间与空间分布和应力的时间与空间分布。


6.一种对流散热系数确定系统，其特征在于，包括：
摩擦副数值模型建立模型，用于根据摩擦副的摩擦面...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜艳丽，夏韦美，喻亮，康晓安，何福明，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：广西;45