引言

      高效磨削技術(shù)發(fā)展于20世紀(jì)80年代，被譽(yù)為現(xiàn)代磨削技術(shù)的頂峰。高效磨削技術(shù)為高速磨削和緩進(jìn)給深切磨削技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，具有高磨削和進(jìn)給速度，大的磨削深度的特點(diǎn)，因而其在保持較高的磨削表面質(zhì)量的同時(shí)提高材料去除率100-1000倍。這些特性使得高效磨削技術(shù)廣泛應(yīng)用于鈦合金等航空難加工材料的高效加工。然而在高效磨削中存在著表面燒傷問題。

      成膜沸騰理論解釋了突發(fā)性燒傷的起因：磨削弧區(qū)熱流密度低于冷卻液的臨界熱流密度時(shí)，冷卻液維持在核態(tài)沸騰狀態(tài)，磨削熱由冷卻液帶出弧區(qū)，磨削溫度維持在120℃左右。當(dāng)熱流密度超過臨界熱流密度時(shí)，冷卻液發(fā)生膜態(tài)沸騰，氣膜阻礙了冷卻液有效地將磨削熱帶出弧區(qū)，造成磨削溫度突然升高，引發(fā)磨削燒傷。冷卻液的成膜沸騰理論一方面合理地解釋了高效磨削時(shí)的突發(fā)性燒傷原因；另一方面將臨界熱流密度看作不可改變的物性參數(shù)制約了高效磨削技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

      然而臨界熱流密度可以通過磨削弧區(qū)強(qiáng)制換熱進(jìn)一步提高，而提高臨界熱流面密度意味著提高材料去除率。基于這個(gè)想法，開槽砂輪、帶有徑向水射流砂輪被提出來改變冷卻液狀態(tài)以提高臨界熱流密度。然而，這些方法需要高壓澆注大量對(duì)人體和環(huán)境具有毒害作用的冷卻液。這與現(xiàn)代加工所追求的綠色制造理念相悖。 

      成果簡介

      傅玉燦教授指導(dǎo)的熱管小組在振蕩熱管傳熱機(jī)理的研究中取得了一些進(jìn)展。通過振蕩熱管單元試驗(yàn)研究并揭示了振蕩熱管的幾何尺寸、操作參數(shù)和物理參數(shù)對(duì)于其傳熱機(jī)制的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了隨著熱流密度的增加振蕩熱管內(nèi)部工質(zhì)兩相流流形和運(yùn)動(dòng)形式的改變是決定著振蕩熱管傳熱性能變化的本質(zhì)。隨著熱流密度增加，兩相流流形由泡狀流-塞狀流-過渡流-環(huán)狀流轉(zhuǎn)化，流形從“單擺”振蕩-氣泡生成和膨脹的振蕩和循環(huán)流-換向循環(huán)流-單向循環(huán)流動(dòng)。基于振蕩熱管傳熱變化規(guī)律，針對(duì)于砂輪用振蕩熱管，確定了振蕩熱管的內(nèi)徑為3mm、工質(zhì)為丙酮。該研究成果發(fā)表在《International Journal of Heat and Mass Transfer》“Experimental investigation of thermal performance of the oscillating heat pipe for the grinding wheel”中。

      圖文導(dǎo)讀

圖1 振蕩熱管砂輪構(gòu)想

圖2 兩相流形變化

圖3 流形和運(yùn)動(dòng)變化

圖4 回流現(xiàn)象

      作者簡介

      錢寧，博士研究生，研究興趣：高效磨削技術(shù)，熱管技術(shù)，傳熱傳質(zhì)；

      傅玉燦（通訊作者），教授，博士生導(dǎo)師，研究興趣：高效、超高速磨削技術(shù)，自適應(yīng)加工技術(shù)；

      張玉文，教授(密蘇里大學(xué))，博士生導(dǎo)師，研究興趣：熱管技術(shù)，傳熱傳質(zhì)，納米流體；

      陳佳佳，博士，研究興趣：高效磨削技術(shù)，熱管技術(shù)；

      徐九華，教授，博士生導(dǎo)師，研究興趣：高性能切削/磨削技術(shù)，超硬磨料工具技術(shù)。