强化传热深孔加工切削液冷却系统研究

摘要

深孔加工产热量大，切削液起着冷却润滑刀具及输送切屑的作用，由于切削液长时间循环使用，导致其温度升高，影响冷却效果及加工质量，而切削液的冷却问题往往被人们忽视，相关的设计理论及方案也比较少，因此，有必要研究深孔加工切削液高效冷却系统，保证深孔加工的顺利进行。
　　本文首先介绍了传统切削液冷却器的特点，并针对应用最广泛的管壳式冷却器，分析了其壳程流体的流动特性及传热效果，提出了强化传热方向；其次，针对传统冷却器的强化传热方向，设计了双向螺旋椭圆结构式换热管，并从边界层理论和场协同理论对管内和管外流体的流动特性进行了分析，探讨了强化传热机理，分析表明：双向螺旋椭圆管管内流体的二次流以及管外流体流动产生的纵向旋涡都能够在一定程度上强化传热，为高效冷却器的研制提供了依据；然后，针对T2120深孔钻镗床的实际加工过程，设计了结构简单、易于清洗的切削液磁性过滤装置，并以20℃冷却水冷却55℃切削液至35℃为例，计算了切削液散热量，在此基础上设计了双向螺旋椭圆管冷却器；最后，建立了切削液温度控制系统和冷却器在线监测系统，通过控制冷却水流速来控制切削液温度，通过实时监测冷却水和切削液的流量、温度和压力信息来判断冷却器的运行状况。
　　同时，利用Fluent软件对双向螺旋椭圆管冷却器管程和壳程流体的流动状态进行了仿真分析，结果表明：管程和壳程流体在流动过程中都会出现不同程度的扰动，由于二次流的产生，使得流体在流动过程中出现了径向分速度，从而减薄了壁面的热边界层，加强了流体速度场与温度梯度场的协同程度，强化了传热效果。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 切削液冷却系统国内外研究现状

1.3 课题的提出及意义

1.4 本课题主要研究内容

2 传统切削液冷却器的传热特性及强化分析

2.1 切削热对切削过程的影响

2.2 热传递的基本过程

2.3 传统切削液冷却器分类及特点

2.4 管壳式冷却器中流体的流动特性

2.5 本章小结

3 基于强化传热理论的双向螺旋椭圆管设计及传热分析

3.1 双向螺旋椭圆管结构设计

3.2 流体流动的基本方程与湍流方程

3.3 对流传热的强化理论

3.4 基于边界层理论和场协同理论的双向螺旋椭圆管传热强化分析

3.5 本章小结

4 深孔加工切削液冷却系统设计

4.1 T2120深孔钻镗床简介

4.2 深孔切削液过滤及冷却问题分析

4.3 切削液过滤装置设计

4.4 切削液传热过程分析及冷却系统设计

4.5 本章小结

5 双向螺旋椭圆管冷却器管壳程流体的仿真分析

5.1 Fluent软件介绍

5.2 管程流体的仿真分析

5.3 壳程流体的仿真分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢