冲击射流及其强化换热的研究进展

介绍了冲击射流的特点,对国内外冲击射流换热的实验研究和数值模拟研究的发展和现状进行了较为详细的综合论述。     

缓进给磨削磨削液的加注方式

分析了缓进给磨削磨削液加注方式对冷却效果的影响，并在此基础上，提出了一项射流冲击强化磨削弧区换热的新技术。     

采用径向射流冲击与钎焊砂轮解决磨削烧伤的研究

在分析高效磨削烧伤机理的基础上，提出了两项对策：一是采用高压径向射流冲击强化磨削弧区换热，以最大限度地疏导已经产生的积聚在弧区的磨削热；二是采用钎焊超硬磨料砂轮取代传统电镀砂轮，以提高砂轮的锋利度降低磨削比能，减少磨削热的产生。缓进给断续磨削试验结果表明，该两项对策对解决难加工材料磨削烧伤问题效果十分明显，具有广阔的应用前景。     

开槽砂轮缓进给深切磨削时工件表层温度场解析

采用热源法推导出开槽砂轮缓进给深切磨削时磨削弧区工件表层温度分布的理论解析式，并利用理论计算公式结合磨削实验完成了施加水射流冲击条件下工件表层温度场的推演计算，计算结果与实验结果基本吻合，证实了开槽砂轮辅以弧区定向高压水射流冲击强化换热的确具有良好的冷却效果。     

非稳态冲击射流强化传热试验研究

利用一个特殊的质量流量控制装置产生波形和频率可调的周期性变化非稳态射流,进行非稳态射流冲击换热性能的试验研究。研究采用正弦、三角形和矩形三种典型的周期性波形,频率变化范围为1.25～40Hz,其传热性能用传热强化系数(定义为相同流量下非稳态和稳态射流冲击时的努塞尔数之比)来描述。研究表明,在频率较低时非稳态的射流冲击换热效果反而没有稳定射流冲击时好,但当频率超过一阈值时,其强化传热的优势逐渐明显。传热强化的效果还与射流信号的变化规律有关,有阶跃变化的矩形射流强化传热最为有效,在频率为40Hz时传热强化效果可达30%以上,但对于信号变化缓和的正弦波和三角形波而言,即使在较高的频率下,它们对传热的强化作用也是非常有限的。     

低温气动喷雾射流冲击冷却技术在钛合金磨削中的应用

针对钛合金磨削加工中容易造成工件烧伤及加工质量不易保证的难题，提出了一种新的高效冷却技术——低温气动喷雾射流冲击冷却技术，并依据此思想开发出一套低温气动喷雾射流冲击冷却系统，将其应用于钛合金的磨削加工中。试验结果表明，相对于低温冷风和常规浇注冷却，低温气动喷雾射流冲击冷却具有明显的冷却优势，它可将磨削温度和工件表面粗糙度控制在较低的水平。     

缓进给成形磨削的研究与探讨

缓进给强力磨削在国外的应用已相当普遍。近几年来我国也正在逐渐应用该项工艺并受到普遍欢迎。但目前还正处在边探索边应用的阶段,因而如何合理选用工艺参数是一项急待解决的问题,本文根据所做的试验,谈谈看法。缓进给强力磨削适用于加工各种型面和沟槽,特别能有效地磨削难切削材料(耐热合金等)的各种成形表面。并可由铸锻件毛坯直接磨削成形,加工效率比普通磨削高3～5倍,型面磨削精度可达2～5μm,粗糙度一般可达R_α0.63μm(▽8)左右,有的可达R_α0.16μm(▽10)。因此这一先进工艺具有提高生产率。     

热管强化切削区换热的研究现状及进展

在机械加工过程中,切削液的大量使用不但造成了资源的浪费和成本的剧增,而且对生产环境和从业者的身体健康都造成很大危害,不符合当前绿色制造的发展方向。本文结合热工领域的相关换热理论,论述了热管用于强化切削区换热,以减少或者避免使用切削液,从而实现绿色高效加工。分析了现有应用研究中存在的问题与缺陷,并对热管强化切削区换热的进一步研究做出了展望。     

微孔砂轮射流冲击内外冷却技术在钛合金磨削中的应用研究

论述了钛合金材料理化特性和导致磨削加工困难的原因;阐述了冷却液在磨削中的基本作用;描述了微孔砂轮射流冲击内外冷却机理;给出了微孔砂轮射流冲击内外冷却磨削钛合金零件表面质量和砂轮表面形貌电子扫描分析报告;指出微孔砂轮射流冲击内外冷却新工艺最大限度地发挥了冷却液的冷却、润滑和冲淋作用,有效地解决了磨削钛合金零件表面产生拉伤、烧伤和砂轮表面粘结等工艺难题.     

微孔砂轮射流冲击内外冷却技术在钛合金磨削中的应用研究

论述了钛合金材料理化特性和导致磨削加工困难的原因;阐述了冷却液在磨削中的基本作用;描述了微孔砂轮射流冲击内外冷却机理;给出了微孔砂轮射流冲击内外冷却磨削钛合金零件表面质量和砂轮表面形貌电子扫描分析报告;指出微孔砂轮射流冲击内外冷却新工艺最大限度地发挥了冷却液的冷却、润滑和冲淋作用,有效地解决了磨削钛合金零件表面产生拉伤、烧伤和夥轮表面粘结等工艺难题.     

微量润滑平面磨削接触区换热机理的研究

磨削接触区材料去除厚度是不一致的,同时,在微量润滑过程中,雾滴之间的运动特征存在差异且易受其他因素的影响,致使整个接触区的磨削温度分布呈现出非线性,换热机理也异常复杂。从雾化机理出发,对影响换热效果的两个关键因素--雾滴直径和雾滴速度进行了分析。依据雾滴在不同壁温处表现出的不同换热特性,将磨削区划分为无沸腾换热、核态沸腾换热、过渡沸腾换热和稳定膜态沸腾换热四个不同的换热区域,建立了微量润滑磨削区的换热系数数学模型。在此基础上,运用有限元技术对微量润滑磨削表面的温度场进行了仿真分析,采用单级热电偶技术测量了磨削温度,发现磨削区仿真温度值与实验测量值吻合较好,表明通过该理论获得的微量润滑磨削表面换热系数是可信的。     

周期性冲击射流流动对传热特性的影响分析

采用经过实验验证的数值模型研究了周期性射流冲击下的流场对传热强化的影响。根据不同波形（正弦波、三角形波和矩形波）规律变化的射流对平板的冲击会产生不同的传热特性,研究得到了滞止点处的温度、传热系数和湍流强度随时间变化的规律。研究结果表明：当正弦波射流、三角形波射流的信号处于上升阶段时,湍流强度在稍有延迟后会产生一个瞬时的增强,可对强化传热起到促进作用,但在它们随后的波形变化中湍流强度仅有缓慢的升降,矩形波射流在信号发生阶跃变化时,会产生湍流强度的脉冲增强,尤其是在信号跃降时产生的瞬时脉冲增强比信号跃升时产生的脉冲增强更大,可有效强化传热;远离滞止点的流场的周期性波动仍然存在,但幅值大大减小,矩形波射流的平均速度大于其他波形射流的速度。     

新型单圆锥体热沉单孔射流散热数值模拟*

射流冷却是高热流密度换热的有效方法之一,其热沉形状是影响换热的关键因素。提出一种新型圆锥体热沉,应用RNG k-ε湍流模型,对新型单圆锥体热沉进行单孔水冷散热数值模拟,并进行试验验证。结果表明：单圆锥体热沉的散热效果明显强于常规平板热沉,前者的射流流体域比后者多一个转折区,转折区内存在二次冲击,使换热得到强化。雷诺数越大,圆锥体热沉散热性能越优异;在不同锥角(15°~60°)的单圆锥体热沉传热模拟中,当锥角在45°左右时,热沉表面的平均努塞尔数数最高;圆锥体底面直径d₁和射流孔直径d比值在1~3范围内,数在比值为2.5左右达到最大值;射流高度H与射流孔直径d比值在5左右时,数趋于最大。     

基于CFX的冲击射流影响因素模拟研究

冲击射流是低刚度零件加工中的新技术。利用ANSYS Workbench环境下的CFX模块对冲击射流实验进行了模拟研究,并用数学软件SAS对数据进行了方差分析,得出了影响低刚度零件表面压强的主次因素。结果表明,在低压连续射流的工作条件下,对低刚度零件表面压强的影响因素的主次顺序依次为:出口直径、喷射距离、进口压强、喷射仰角。     

热管砂轮传热性能的数学分析

为了强化磨削弧区换热,提高磨削极限热流密度以增大磨削的材料去除率,并且减少冷却液的使用,设计了一种热管砂轮.对热管砂轮进行数学建模和计算分析,结果表明热管砂轮可以使磨削弧区温度降低3/4以上.     

板式脉动热管强化传热方法研究

为了研究板式脉动热管的传热性能强化的方法,对原型和改进型两种不同板式脉动热管传热特性进行数值分析比较。基于VOF方法建立板式脉动热管汽液两相流动及相变传热三维非稳态数学模型,仿真得到不同加热功率条件下热管内流型演化和温度分布。仿真结果表明,改进型脉动热管在高功率阶段,整体等效热阻小于原型。