冷冻水冷器冷却强化与节能斜齿扭带技术

现有的热流体动力塑料光滑扭带的自转力矩较弱，不能用于较低流速的冷冻水冷器污垢的自动清洗。作者为此研制了一种强化自动清洗力矩的斜齿扭带。其原理是在扭带表面上以一定间距捧列反对称斜齿，被导向的传热流体对扭带的不对称反作用力形成一个旋转力矩。与现有光滑无齿的自转扭带相比，弧线形斜齿扭带自转清洗力矩增大了75％-101％、传热系数提高了186％。虽然阻力系数较高，但是设备阻力仍然不太大。对于6米长传热管、4管程的设备、0．5m/s流速时的设备阻力在36000pa左右，具有广阔的应用前景。因此，这种新技术很适合在0.5m/s以上的较低流速冷冻水冷器中用来自动清洗保洁和传热强化节能。     

一种自动清洗式传热强化新元件 ——旋流口椭圆齿平带

针对斜齿螺旋扭带的制造困难,提出了一种自动清洗式传热强化新元件--旋流口椭圆齿平带,每个椭圆齿都是使平带自转的流体动力结构元素,平带两侧的旋流口使管内的部分液体形成螺旋线流,因而具有近似斜齿螺旋扭带那样能够在较低流速下自转、实现管内污垢在线自动清洗的性能。同时流体经过椭圆齿后产生的大量涡流、管内部分液体转变成的螺旋线流以及螺旋线流与轴向流线不断交错混合等三方面的综合作用,使管内对流传热得到强化。对椭圆齿的齿距、斜角和旋流口三个因素进行了试验研究,结果表明：旋流口椭圆齿平带在管内流速为0.5 m/s左右就能可靠旋转运行;相对于光滑螺旋扭带,旋流口椭圆齿平带的管内侧传热系数可提高171％;其在管内流速为0.625 m/s时的流体阻力为3.25 kPa/m,流体阻力在一般工程许可的范围内。因此,旋流口椭圆齿平带具有良好的综合性能,并且又容易制造,具有较高的工程应用价值。     

动力轮强化塑包钢丝螺旋线自动清洗与传热强化技术

 为了解决自动清洗钢丝螺旋线的流体动力自转力矩弱和磨损问题以及塑料扭带的不耐高温问题,提出以塑料包覆的大截面钢丝螺旋线来解决耐热、耐磨问题,并且以旋流管口轴承-动力轮来强化螺旋线自转动力矩的技术方案。试验研究表明,这种塑包钢丝螺旋线能够在较低流速下自动清洗,适用面较广,并且管内污垢的自动清洗能力强,对流传热强化的幅度达到52.6%,比钢丝螺旋线高60％;设备阻力不大,结构简单,成本低廉,具有优势。     

微型斜超声波电机的研究

提出一种新型微超声波电机——斜齿型微超声波电机。它是利用压电材料的逆压电效应，将交流电信号转变成定子表面超声频率的机械纵向振动，借助于定子表面的斜齿与转子的相互压紧，使斜齿端面质点产生椭圆运动，实现转子单方向旋转运动，该电机的驱动力矩较大、反向自锁力矩大、结构简单。文中将定子斜齿与转子接触分为三个阶段——接触黏着阶段、接触滑移阶段和分离阶段，建立定子斜齿与转子耦合的非线性动力学模型，并对其进行仿真研究，分析电机的瞬态响应特性及主要结构参数对电机机械特性的影响；最后，研制了尺寸为乃10的斜齿型微型超声波电机，经过实验表明，电机的堵转力矩可达10mN·m以上，空载转速达到840r／min以上，连续运转性能良好。     

圆柱斜齿轮齿面接触动应力计算与分析研究

为了有效计算动态工况下斜齿圆柱齿轮副的齿面接触应力,建立了考虑时变啮合刚度激励和啮入冲击激励的滚动轴承支撑的斜齿圆柱齿轮副啮合型弯-扭-轴耦合六自由度振动模型,通过其计算了齿面啮合动载荷。提出了综合考虑轮齿动载荷、齿间载荷分配系数以及齿面赫兹接触的斜齿圆柱齿轮齿面接触动应力计算方法,同时也利用Abaqus有限元软件动力学模块分析了齿面接触动应力。分别计算了800 N·m、1 200 N·m、1 600 N·m三种负载扭矩下的齿面接触动应力变化过程,基于承载接触分析法的最大接触应力与AGMA标准计算值最大相差为11.6%,基于Abaqus有限元法的最大接触应力与AGMA标准计算值最大相差13.8%,而两种方法的齿面接触动应力变化曲线最大偏差11.3%,从而证实了本文提出的斜齿圆柱齿轮齿面接触动应力计算方法合理有效。     

纵-扭复合超声对滚齿面强化机理及表面特性研究

为了强化齿面,提高齿轮表面的使役性能,使用一种新的纵-扭复合强化加工方法对齿轮进行强化。首先,基于赫兹接触理论和齿轮啮合理论,建立了纵-扭超声滚压齿面等效应力的理论模型;其次采用有限元仿真技术对该加工方式进行了模拟;最后利用已经搭建好的试验平台进行了一系列的纵-扭超声对滚齿面强化试验。通过对比仿真与理论结果对比,施加纵-扭超声后可以有效的提高接触应力,中有无超声振动接触应力提高约1.7倍～2倍,致使齿轮表面材料发生屈服进而完成。试验结果进一步表明纵-扭超声滚强化压改善了齿面的表面特性。当施加纵-扭复合超声振动时,齿面残余应力随阻尼力矩增大而增加,沿齿廓方向残余应力呈现先增大后减小趋势,在节圆处残余应力值最大。齿面的显微硬度HV_1.0数值沿齿廓呈现时变特性,超声滚压强化加工可以改善齿面表面形貌。与传统滚压相比,超声滚压强化后表面峰谷间距加宽,粗糙度降幅可达45%～55%。因此,纵-扭超声对滚强化加工可以实现齿面强化、改善齿面特性,提高残余压应力和显微硬度、降低表面粗糙度并提高齿面质量。     

同功重比修形斜齿和直齿面齿轮性能对比研究

为深入了解同功重比修形斜齿与直齿面齿轮的性能差异,选择更适合于高速重载工况下的面齿轮传动.基于啮合原理推导了修形斜齿与直齿面齿轮齿面方程,基于CATIA建立了修形斜齿与直齿面齿轮三维模型,采用有限元接触分析方法,以接触应力、弯曲应力和重合度为面齿轮传动性能指标展开研究.研究结果表明:修形斜齿面齿轮相比修形直齿面齿轮接触应力大幅降低,算例最大接触应力降低16.3%;修形斜齿面齿轮相比修形直齿面齿轮弯曲应力大幅降低,算例最大弯曲应力降低32.4%;修形斜齿面齿轮相比修形直齿面齿轮重合度大幅提高,算例重合度提高10.3%.所以同功重比情况下,修形斜齿面齿轮传动性能优于修形直齿面齿轮,前者更适合于高速重载工况下的轻量化设计.     

基于齿轮传动系统横-扭-摆耦合非线性动力学模型的齿廓修形优化设计

基于齿轮传动系统动力学模型的齿廓修形优化设计可真实地反映修形参数对齿轮动态特性的影响。考虑几何偏心、陀螺力矩和齿向偏载力矩,建立了单级齿轮传动系统10自由度横-扭-摆耦合非线性动力学模型。提出了考虑齿轮实际运动状态并可适用于齿廓修形齿轮的啮合刚度模型,并采用解析法计算啮合刚度。为了降低齿轮传动系统的振动和噪声,以减小齿轮传动系统的动载系数为目标,建立了基于齿轮传动系统横-扭-摆耦合非线性动力学模型的齿廓修形优化模型。对某重载车辆齿轮传动系统进行了齿廓修形优化设计,优化结果有效的降低了齿轮的动载荷,可为设计低振动和低噪声的齿轮传动系统提供依据。     

望远镜双电机驱动消齿隙的动力学设计

齿侧间隙会影响齿轮传动式望远镜的指向和跟踪精度.采用多电机驱动,通过施加偏置力矩能消除齿隙影响.以双电机驱动为例,建立动力学的数学模型,考虑齿隙非线性,齿轮传动链刚度的周期时变性,随机风扰力矩以及电机齿槽力矩的作用,以最小化偏置力矩为目标函数,齿轮不脱离啮合为约束条件,进行优化设计,获得了各驱动力矩下,全速度范围内的最优偏置力矩,并分析了传动系统的转动惯量,刚度及阻尼等参数,对偏置力矩设计的影响,得到了偏置力矩的变化规律.     

平衡式两排轴向柱塞泵斜盘力矩特性建模与分析

为确定平衡式两排轴向柱塞泵斜盘与柱塞组件间的匹配关系,理论分析了其斜盘斜面的受力状况,建立了平衡式两排轴向柱塞泵及其斜盘的仿真模型,得出了柱塞分布圆半径、柱塞直径、斜盘斜面倾角等对斜盘力矩的影响.结果表明:内排柱塞分布圆半径增大,斜盘合力矩减小,外排柱塞分布圆半径增大,斜盘合力矩增大,且外排柱塞分布圆半径对合力矩的影响远大于内排柱塞分布圆半径,减小内、外排柱塞分布圆半径差有利于减小合力矩;内排柱塞直径增大,合力矩减小,外排柱塞直径增大,合力矩增大,应尽量使内、外排柱塞直径尺寸接近.平衡式两排轴向柱塞泵斜盘合力轨迹呈类"三角形",转折点少,方向突变性低,合力变化平缓,使得斜盘受力良好,运行更平稳,振动更小.研究结果可为平衡式双排柱塞泵斜盘的优化设计提供理论指导.     

管内清洗防垢螺旋齿管的流体动力优化设计

为了给螺旋齿管的结构优化提供设计理论,运用动量矩原理和自转牵连运动的运动学分析方法等,研究建立了传热管内流体动力螺旋齿管的自转清洗动力矩计算式,以此指导设计了不同结构参数的螺旋齿管进行试验比较。优化得到的D型塑料螺旋齿管与光滑纽带相比,自转动力矩增大141％,可以在0.4 m/s以上的较低流速下应用;传热系数平均提高50％;阻力在一般工程容许范围。     

Experimental study on the evaporative heat transfer and pressure drop of CO2 flowing upward in vertical smooth and micro-fin tubes with the diameter of 5 mm

Because of the ozone layer depletion and global warming, new alternative refrigerants are being developed. In this study, evaporation heat transfer characteristic and pressure drop of carbon dioxide flowing upward in vertical smooth and micro-fin tubes were investigated by experiment with regard to evaporating temperature, mass flux and heat flux. The vertical smooth and micro-fin tubes with outer diameter (OD) of 5 mm and length of 1.44 m were selected as a test section to measure the evaporative heat transfer coefficient. The tests were conducted at mass fluxes from 212 to 530 kg/(m² s), saturation temperatures from −5 to 20 °C and heat fluxes from 15 to 45 kW/m², where the test section was heated by a direct heating method. The differences of heat transfer characteristics between the smooth and the micro-fin tubes were analyzed with respect to enhancement factor (EF) and penalty factor (PF). Average evaporation heat transfer coefficients for the micro-fin tube were approximately 111–207% higher than those for the smooth tube at the same test conditions, and PF was increased from 106 to 123%.     

CO_2水平管外池沸腾换热的实验研究

对自然工质CO2在不同沸腾压力下的光管、机械加工表面强化管(Turbo-EHP)水平单管管外电加热池沸腾进行了实验研究。从核态沸腾的角度分析了光管、强化管管外沸腾换热系数随热流密度、沸腾压力的变化规律,通过对热流密度在10~50k W/m2、蒸发压力在2~4 MPa范围内的换热数据分析拟合得出光管时CO2在该范围下的换热关联式,拟合关联式的计算值和实验值的误差在±8.73%以内。新的拟合关联式的计算值与已有关联式的预测值的偏差在±15%之内。在热流密度范围内强化管的强化倍率在1.50~1.72之间。研究结果对进一步深入研究CO2池沸腾换热及蒸发器的设计具有指导意义。     

基于横纹管氨水溶液垂直管外降膜吸收性能的变化规律

针对三根不同尺寸规格的横纹管,通过实验研究提高其吸收效率,选择吸收性能最优的管型。实验结果表明,随着压差和管内冷却水流速的增大,溶液吸收氨气的量增加,管外溶液传质系数增大。当管外氨水溶液喷淋密度从小变大时,光滑管和横纹管的传质系数均先增加后减小,过程中出现了最大值。该系列实验的结果表明横纹管比相同工况的光滑管有更高的强化传热和传质能力,当溶液喷淋密度为479.6kg/(m?h)时,横纹管比光滑管的传质系数增大了97.8%。三组实验中均发现一个共同的规律,横纹管的传质系数随凹槽尺寸变化而改变,2号横纹管表现出更强的吸收氨气能力。该管凹槽宽度与横纹管外径的比值为0.0814。通过对凹槽内溶液流动模型分析,比较了溶液通过凹槽时掺混和涡流的流动形态,得出了不同尺寸规格横纹管吸收性能差异的一个原因。     

采用铜铝复合管的翅片管换热器换热性能数值模拟与实验研究

提出采用一种铜铝复合管,用来替代传统的空调室外机换热器用铜管,可降低成本27.8%。首先通过数值模拟研究了Φ7管径的铜铝复合管与铜管翅片管换热器空气侧的传热与流动性能,计算结果表明,在入口风速为2.5m/s的情况下,与采用铜管的换热器相比,采用铜铝复合管的换热器空气侧的压力分布几乎不变,换热量降低3.12%,对性能影响较小。另一方面,对采用该模型的铜铝复合管换热器进行了性能测试,实验结果表明:铜铝复合管换热器换热量为8775W,与铜管换热器9101W相比降低3.58%,满足换热器标准要求。实验结果与数值模拟结果基本吻合,均证明这种新型铜铝复合管对换热器性能的影响不大,可用于空调的制造中。     

扭曲椭圆管层流换热的数值研究

计算了层流状态下扭曲椭圆管内的流动与换热情况。在保持其它参数不变的情况下,管内的Nu随着Pr和Re的增大而增大,随着扭曲比BS和椭圆的短轴与长轴之比AB的增大而减小。并且在Re<500, Pr<200的范围内,强化换热效果非常明显。并且,Pr越大,h也就越大,表明扭曲椭圆管特别适用于大Pr和层流状态下的换热强化。从温度场和流场耦合的角度来看,层流状态下换热得以强化的原因在于扭曲管内的流体发生旋转,产生的二次流使得流体存在指向壁面的分速度,提高了壁面的温度梯度,增强了截面上的速度和温度分布的均匀性。     

管内扭带插入件强化沸腾换热技术的研究现状及展望

制冷设备对换热器紧凑化和小型化的需求促使人们开发新型的强化传热技术,而管内扭带插入件是一种廉价且易于制造的被动强化传热技术,在制冷系统蒸发器中具备良好的应用潜力。扭带插入两相沸腾换热的管中能够增大表面传热系数,但同时也增大了管内压降。分析发现,通常情况下,质量流量、干度的变化与表面传热系数和压降的变化呈正相关,而管径、扭率、饱和温度的变化与表面传热系数和压降的变化呈负相关。沸腾换热过程复杂、评价指标选取不一、实验工况数量有限等因素是导致各学者总结的扭带插入的最佳条件不一致的主要原因。本文收集了各作者预测的内插扭带管内沸腾换热的表面传热系数和压降的关联式,认为管内扭带插入件还需要进一步明确最佳使用条件,并需要结合蒸发器整机或变频压缩机加以研究。     

Forced convection of a temperature-sensitive ferrofluid in presence of magnetic field of electrical current-carrying wire: A two-phase approach

This research examines laminar forced convection of a temperature-sensitive magnetic nanofluid flowing within a horizontal tube through the two-phase mixture model. The ferrofluid flowing in the tube is exposed to the magnetic field generated by electrical current-carrying wire(s) along the tube, and the effect of such magnetic field is studied on heat and mass transfer phenomena. It is observed that due to the dependency of magnetization on temperature, the cold fluid flowing at the central regions of the tube is attracted more significantly towards the source of the magnetic field, which results in creation of secondary flow. Such mixing in the flow, subsequently, disturbs the thermal and hydrodynamic boundary layers, especially at the vicinity of the magnetic field source, leading to better heat transfer rate and also higher pressure drop. Furthermore, increasing the strength of the magnetic field leads to greater enhancement in heat transfer, while increasing the Reynolds number decreases the effectiveness of the magnetic field on the ferrofluid flow and heat transfer. Moreover, placing two wires above and under the tube can enhance the heat transfer even more significantly, such that the average convective heat transfer coefficient in this case is about 34.5% higher than that of the case without magnetic field.