基于FLUENT的热管砂轮换热能力仿真分析.pdf

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1、·信息技术·张冰峰，等·基于FLUENT的热管砂轮换热能力仿真分析基于FLUENT的热管砂轮换热能力仿真分析张冰峰。傅玉灿，赫青山，梁星慧(南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016)摘要：采用CFD软件FLUENT建立了热管砂轮的三维有限体积传热模型，通过改变砂轮外圆面热流密度和砂轮转速，得出对应参数条件下热管砂轮的温度场分布，并分析各参数对砂轮换热能力的影响。仿真实验结果表明：随着热源面热流密度的增大，砂轮外圆面温度越高；在冷端条件一定的情况下，提高砂轮转速能降低砂轮外圆面温度。关键词：热管砂轮；温度场；FLUENT中图分类号：TG58；TP391．9文献标志码：B文章编号：1671

2、-5276(2011)04-0124-04SimulationAnalysisofHeatExchangingCapacityofHeatpipeGrindingWheelBasedonFLUENTZHANGBing—feng，FUYu-can，HEQing·shan，LIANGXing-hui(CollegeofMechanical＆I：l~~,tricalEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)Abstract：Threedimensionheattransfermodel

3、isbuiltbasedonFLUENT．BychangingheatfluxonexternalcircularSUrfaceandro-tationspeedofthegrindingwheel，thetemperaturefieldcontourmapsoftheheatpipegrindingwheelareobtained．Theanalysisoftheinfluenceoftheheatedzoneontheheatexchangeisconducted．Theresultsshowthathigherheatfluxcauseshighertempera。tureonexte

4、rnalcircularsurfaceofthegrindingwhee1．Withcertainparametersofthecoolingsection，thetemperatureonexternalcir-cularsurfacemaybedecreasedbyenhancingtherotationspeed．Keywords：heatpipegrindingwheel；temperaturefield；FLUENT换热过程以求控制砂轮弧区的温度。热管砂轮是将热管0引言技术引入到砂轮中，使用热管将磨削弧区的热量迅速转移到砂轮的冷却端，通过在冷却端喷射冷却气流最终将热带高效磨削加工能

5、在确保加工精度和完整性要求的前走。本文通过仿真的方法分析得到热管砂轮的温度场分布，分析不同参数条件对其产生的影响，为试验选择工艺提下大幅提高材料的去除率，提高生产效率，降低成本，其产生巨大的经济效益和社会效益已经被人们所重视。由参数和结构参数提供依据。于高效磨削时材料去除率的大幅提高，去除这些材料所产生的能量几乎全部转化为热量聚集在磨削弧区，造成弧区1热管砂轮及结构温度升高，如果不能及时将磨削弧区的热量疏导出去，极易造成工件表面的烧伤、产生残余拉应力等缺陷，同时，高热管是一种具有高导热性能的传热元件。热管的传热的磨削温度也加快了砂轮的磨损，特别是在磨削加工钛合原理是工质的相变传热，因此热管的

6、内部热阻很小，能以较金、高温合金、超高强度钢等难加工材料时，上述问题更为小的温差获得较大的传热效率。优良热管的导热系数甚至突出[1-2]。比良好金属导热体的导热系数还要高l0一l0倍，因此，通常降低磨削弧区的温度可从两方面着手，一方面，热管有热超导体的称号。由于热管的超强导热性，热管被通过提高磨粒的出露高度，增大容屑空间，提高磨粒的锋广泛的应用于航空航天、电子设备、能源、机械化工等众多利度大幅度降低磨削比能以减少磨削弧区热源产生的热领域，以实现加热、冷却或温度均一的目的。量。另一方面，对弧区进行强化换热冷却。传统注液冷却本文所使用的热管砂轮结构如图1所示，材料选用方式主要将冷却液直接喷射至磨

7、削区，由于磨削区的换热Q235，考虑到工作温度的要求，工质选用纯水(其工作温面积有限而且砂轮与工件的间隙很小，冷却工质难以顺利度范围为30℃一250oC)。首先使用德国普发Hicube80到达磨削区，一旦磨削热流密度超过某一临界值，磨削液Eco型分子泵将砂轮内腔(热管部分)的绝对真空度抽至就会进入成膜沸腾阶段，使其换热能力大大下降。10～lOPa数量级，随后在热管中注入一定量的工质近些年，随着绿色、低能耗加工