磨削弧区强化换热装置的改进

分析了难加工材料磨削弧区强化换热的机理；指出了磨削烧伤主要是由于弧区热密度达到临界点时，磨削液发生成膜沸腾无法进入弧区，热量无法疏导致；在分析现有换热方法存在的不中的基础上，提出了在磨前弧区引入径向高压水射流冲击强化换热技术开发高效磨削潜力的创新构思；创造性地设计了径向定向高压射流冲击强化换热方法和装置，该方法能有效冲破汽膜的阻挡，使磨削液顺利进进入弧区，把热量带走，取得了较好的实验结果，具有较高的应用价值。     

磨削工件表面含湿空气射流冲击的换热

针对磨削工件表面的射流冲击对流换热过程,一方面,通过数值研究,揭示旋转表面诱导的气旋和射流冲击的耦合流动换热特征;另一方面,通过实验研究,定量分析含湿空气射流冲击的强化换热效果。研究结果表明,当盘缘在射流冲击喷嘴附近的切向速度与射流冲击方向协调时,旋转盘诱导的气旋运动和射流冲击的耦合作用有利于改善磨削弧区的对流换热,随着转盘旋转速度的增加,其强化对流换热的效果更显著;采用含湿空气作为冲击射流可以显著提高加热壁面的冷却效果。     

环形热管砂轮强化磨削弧区换热研究

磨削过程中,在超过临界值的高磨削热流密度下,即使有再多的磨削液进入弧区也无济于事,因为磨削液既已处于成膜沸腾状态,由于工件表面所覆盖的汽膜层的阻挡,磨削液很难真正起到换热作用,如不及时采取相应的措施,工件必定很快发生烧伤。本文结合热工领域的换热技术,提出一种基于热管技术强化磨削弧区换热的全新构想,并在此基础上研制了新型的环型热管砂轮,以大幅提高弧区临界热流密度。最后,分别使用环形热管砂轮和普通砂轮进行磨削测温试验,验证了环形热管砂轮高速疏导磨削热,降低磨削温度,从而提高材料去除率的巨大潜力。     

缓磨时工件烧伤过程的计算机仿真研究

在关于缓磨时的磨削热、接触弧区换热过程以及工件表层非稳态温度场的深入研究的基础上构造了一个可用于计算工件表层温度场畸变历程的数学模型，并据此完成了缓磨时工件烧伤过程的计算机仿真研究。仿真结果与缓磨时的实际烧伤过程吻合良好。本文率先阐明了缓磨烧伤的热机理，并证实了缓磨烧伤是一典型的渐变过程，它有明显的前兆特征，因而是可以被预报和控制的。此项创造性工作可以被看作是对磨削基础理论的一项重要贡献。     

K417合金缓进磨削烧伤表面形貌及形成机理

本文在严格控制的实验条件下,建立了磨削弧区温度同试件表面烧伤色之间的对应关系;并以扫描电镜(SEM)、电子探针(EPA)等较为先进的测试仪器为手段详细研究了K417镍基铸造高温合金缓进磨削中表面为正常、淡黄、黄褐、紫褐以及紫黑等深浅不同的色斑时诸试件表面形貌特征和对应的砂轮表面形貌特征,揭示了K417材料缓磨中表面形貌的变化特征及其形成机理。测试结果表明,K417材料缓磨表面出现烧伤色斑时,磨粒与试件材料之间存在粘结现象;试件表面出现粘结滞留的涂覆物。随表面烧伤色层次的加深,磨粒与试件材料之间的粘结越普遍、越严重,试件表面涂覆程度亦越强烈。当出现紫黑色斑时,表面还伴有微裂纹出现。     

面向绿色制造的高效冷却技术及其试验

绿色制造和高效加工是21世纪先进制造业的必然趋势,为实现绿色高效加工,本文提出了一种新型的绿色高效冷却技术——低温气动喷雾射流冲击冷却技术,通过低温气流运载少量冷却液以喷雾射流冲击的形式到达加工区实现强化换热,将加工区的换热水平提高到一个全新的水平.瞬态实验结果表明,在射流速度40 m/s、靶距10 mm的射流条件下,这种冷却方式可提供的临界热流密度高达60W/mm^2,相对于磨削发生烧伤的临界热流密度提高了6倍以上.     

缓进深磨的温度特征与烧伤机理

缓进深磨作为一项新工艺目前仍处在机理研究落后于生产应用,其潜力尚不得充分发挥的阶段。以与制件烧伤直接相关的缓磨温度的研究为例,国外一直存在着多种相矛盾的观点,且认为缓磨烧伤系瞬间发生因而难于预报和控制。本文在解决测试方法完善实验技术基础上,对缓磨时接触弧区的温度分布及其变化特征作了充分研究,所提供的烧伤前后弧区制件表面温度的时空分布图,在阐明缓磨时的温度特征与烧伤机理上具有重要的理论价值。另外,实验得出的缓磨烧伤是具有足够长时间的典型缓变过程的结论,对在实际生产中预报和监控烧伤亦有指导意义。     

涡轮叶片内"冲击-气膜出流"局部换热特性数值模拟

用RSM模型对有、无冲击气膜出流冷气侧气膜孔局部换热特性进行了数值研究。取气膜孔前后3倍气膜孔径范围为研究对象。在无冲击射流时,通过改变来流雷诺数、气膜出流与横流密流比,对气膜孔的“溢流效应”进行了研究。研究发现,气膜孔局部的换热均随两者的增加而增强。将实验结果和计算结果进行了比较,趋势吻合。在有冲击射流时,着重研究了流动和几何参数对气膜孔局部换热特性的影响,分析了“冲击-气膜出流”局部换热特性规律。     

半圆柱形凹靶面单排射流冲击换热实验研究

对半圆柱形凹形靶面单排圆形喷管和冠齿形喷管射流冲击换热进行了实验研究。凹形靶面直径与喷管直径之比D/d为10，射流孔节距与直径之比W/d为5，射流雷诺数分别为5 000、10 000和20 000，冲击间距比H/d分别为2、4、6和8。实验结果表明：两种形状喷管均在冲击间距比H/d=4时获得最强的驻点对流换热，但凹靶面前缘附近纵向平均努塞尔数基本呈现随射流冲击间距增加而减小的单调变换趋势；相对于圆形喷管，冠齿喷管射流冲击使得凹形靶面前缘线上的纵向平均努塞尔数最大提高幅度约为16%，凹形靶面前缘±2d区域的面积平均努塞尔数最大提高幅度约为18%。     

冲击射流火焰流场的LDV实验研究

搭建了基于激光多普勒测速仪（LDV）的冲击射流火焰流场实验平台，开发了固态粒子发生器、粒子回收装置和精密位移机构等装置，对单孔喷嘴（功率200W）、同轴喷嘴（功率1200W）的自由射流火焰流场和冲击射流火焰流场进行高精度测量，测量数据具有较高的准确性和可重复性。在冲击射流模式下，利用多个位置点的平均速度分量测量值进行流场重构，获得了冲击射流火焰流场基本特征。实验发现:在靠近冲击壁面区域距中心滞止点约1倍喷嘴直径处出现水平方向速度峰值，该点处可能会形成短冲击距离下换热强度的第二次峰值。在同轴射流工况中，外环同轴射流和中心射流间存在一个内部剪切混合层:在自由射流火焰模式下，该混合层随着射流的发展而耗散；在冲击射流火焰模式下，由于受到滞止区的作用，混合层向外扩张。     

声发射信号的时序分析法在磨削烧伤预报中的应用研究

高温合金、表面硬化钢、钛合金等难加工材料，由于具有热稳定性好、热强度高、耐腐蚀、抗磨损性能好等特点，因而被广泛应用于航空航天等工业部门中。但该类材料在磨削加工中极易出现磨削烧伤现象，降低了工件表面完整性，对零件的使用性能产生不利的影响，制约生产率的提高。本文在对高温合金（ＤＺ４）磨削过程中产生的声发射信号特性进行深入分析的基础上，应用时序分析法，建立起关于磨削过程中声发射信号的自回归时序模型，探讨磨削烧伤的在线监测和预报。研究结果表明，声发射信号功率谱结构变化能真正反映磨削烧伤发生与否，自日归时序模型参数及残差方差对工件表面状态变化敏感，均可作为特征参量进行磨削烧伤在线预报。     

冲击多斜孔壁中冲击孔与多斜孔相对开孔位置对换热特性的影响

用数值计算的方法研究了冲击多斜孔壁复合冷却中冲击孔与多斜孔相对开孔位置变化对换热特性的影响。研究发现,随着冲击孔与多斜孔偏距位置变化,两壁狭缝中冲击效果变化显著,多斜孔冷侧壁面冲击换热系数分布规律发生相应变化。偏距位置的变化会使得冲击孔两侧多斜孔抽吸作用不对称,导致位置较近的多斜孔侧涡漩难以形成,削弱了换热效果。当多斜孔在冲击孔两侧对称分布时,总体换热效果较好;而非对称分布时,有利于局部换热增强。     

有初始横流阵列射流冲击的三维数值计算

对具有初始横流的阵列射流冲击的流场和温度场进行了三维数值计算 ,研究了射流孔与冲击靶面间距、射流冲击孔排列方式和射流与横流质量流量比等因素对换热特性的影响。结果表明 :( 1 )在不同的射流孔与冲击靶面间距下 ,对于给定的射流与横流质量流量比 ,顺排方式的冲击冷却效果要优于叉排方式 ;( 2 )射流孔与冲击靶面间距对阵列射流冲击的流动和换热特性影响是非常复杂的 ;( 3 )随着初始横流与射流质量流量之比增加 ,在相同的射流孔与冲击靶面间距下 ,顺排和叉排方式的冷却效果均呈现单调的下降