极地船作为航行于极区恶劣环境下的特种船舶,上部设施极易结冻结冰,对设备以及人员安全造成巨大危害。考虑极地环境保护及防寒措施可靠性,极地船上部设施通常采用电伴热防寒,由于现有规范的不适用性,存在严重的加热量不合理问题。准确可靠的对流换热系数预测模型对上部设施的热平衡计算具有重要意义,能指导更加合理的伴热防寒设计,有效提高极地船的防寒能力,加快我国极地勘探、开发的进程。本文依据流体力学、传热学理论将繁杂的极地船上部设施简化为平板、踏步板和圆管构件,采用理论分析、室内实验和数值仿真相结合的手段,对不同构件的对流换热系数进行了研究分析。对平板、圆管构件换热理论进行了理论分析,明确了恒壁温和恒热流两种加热方式对换热影响的差异,现有的恒壁温加热方式对流换热理论不适用于极地船电伴热防寒设计。踏步板构件由于复杂的几何形状,尚缺乏对流换热系数的理论和经验计算式。在低温实验室搭建了可模拟极地环境工况的对流换热实验平台,实现了风速范围0～15m/s、温度范围-40～0℃的对流换热系数的准确测定。增大风速和降低温度都会使平板、踏步板的对流换热系数增大,风速的影响更加显著,并基于实验数据拟合得到了平板和踏步板的对流换热系数预测模型。增大风速和降低温度也都会使圆管的对流换热系数增大,温度高于-30℃时,风速是影响圆管对流换热的主要因素;温度低于-30℃时,温度对圆管对流换热的影响显著增大,风速的影响基本保持不变。利用Fluent有限体积软件对三种构件在实验工况下的对流换热系数进行了数值计算。对实验条件不能达到的高风速的进行了数值模拟补充,验证了平板及踏步板对流换热系数预测模型在风速范围0～40m/s内的适用性。基于数值仿真得到了温度范围-40～-30℃和温度范围-30～0℃内圆管的对流换热系数预测模型;预测模型计算结果与实测结果平均误差为8.9%。本文研究的对流换热系数预测模型和开发的热平衡计算软件,可以实现热平衡的快速计算,为极地船上部设施电伴热防寒设计提供有益参考。