引言

      高效磨削技術發展(zhan)(zhan)于20世(shi)紀80年代，被譽(yu)為現代磨(mo)削(xue)(xue)技術的(de)(de)頂峰。高效磨(mo)削(xue)(xue)技術為高速(su)磨(mo)削(xue)(xue)和(he)緩進(jin)給(gei)深切磨(mo)削(xue)(xue)技術的(de)(de)進(jin)一步發展(zhan)(zhan)，具有高磨(mo)削(xue)(xue)和(he)進(jin)給(gei)速(su)度，大的(de)(de)磨(mo)削(xue)(xue)深度的(de)(de)特點，因而其(qi)在保持較高的(de)(de)磨(mo)削(xue)(xue)表(biao)面質量的(de)(de)同時(shi)提高材料去除率100-1000倍。這些特性使得高效磨(mo)削(xue)(xue)技術廣(guang)泛應用于鈦合金等航空難加工材料的(de)(de)高效加工。然而在高效磨(mo)削(xue)(xue)中(zhong)存在著(zhu)表(biao)面燒傷問題。

      成膜(mo)沸(fei)騰(teng)(teng)理論解釋(shi)了(le)突(tu)發(fa)性燒(shao)傷的起因(yin)(yin)：磨削(xue)(xue)(xue)弧區熱流密(mi)(mi)度(du)(du)低于冷卻(que)(que)液(ye)的臨界(jie)熱流密(mi)(mi)度(du)(du)時(shi)，冷卻(que)(que)液(ye)維持在(zai)核態(tai)沸(fei)騰(teng)(teng)狀(zhuang)態(tai)，磨削(xue)(xue)(xue)熱由冷卻(que)(que)液(ye)帶出(chu)弧區，磨削(xue)(xue)(xue)溫度(du)(du)維持在(zai)120℃左右。當熱流密(mi)(mi)度(du)(du)超(chao)過臨界(jie)熱流密(mi)(mi)度(du)(du)時(shi)，冷卻(que)(que)液(ye)發(fa)生膜(mo)態(tai)沸(fei)騰(teng)(teng)，氣膜(mo)阻礙(ai)了(le)冷卻(que)(que)液(ye)有(you)效(xiao)地(di)將磨削(xue)(xue)(xue)熱帶出(chu)弧區，造成磨削(xue)(xue)(xue)溫度(du)(du)突(tu)然升(sheng)高，引發(fa)磨削(xue)(xue)(xue)燒(shao)傷。冷卻(que)(que)液(ye)的成膜(mo)沸(fei)騰(teng)(teng)理論一(yi)(yi)方面合理地(di)解釋(shi)了(le)高效(xiao)磨削(xue)(xue)(xue)時(shi)的突(tu)發(fa)性燒(shao)傷原(yuan)因(yin)(yin)；另(ling)一(yi)(yi)方面將臨界(jie)熱流密(mi)(mi)度(du)(du)看作(zuo)不可改變的物性參數制約了(le)高效(xiao)磨削(xue)(xue)(xue)技術(shu)的進(jin)一(yi)(yi)步發(fa)展。

      然而臨界熱流密度可以通過磨削弧區強制換熱進一步提高，而提高臨界熱流面密度意味著提高材料去除率。基于這個想法，開槽砂輪、帶有徑向水射流砂輪被(bei)提出(chu)來改變冷(leng)卻液(ye)狀(zhuang)態以(yi)提高(gao)臨界熱流密度(du)。然而，這(zhe)些方法需要(yao)高(gao)壓澆注大量對人體(ti)和(he)環境具有毒害作用的冷(leng)卻液(ye)。這(zhe)與現代(dai)加工所追求的綠色制(zhi)造理(li)念相悖。 

      成果簡介

      傅玉燦教授指導的熱管小(xiao)組在振(zhen)(zhen)蕩(dang)(dang)熱(re)(re)(re)管(guan)(guan)(guan)傳(chuan)(chuan)熱(re)(re)(re)機理的(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu)中取得了(le)(le)一些進展。通過振(zhen)(zhen)蕩(dang)(dang)熱(re)(re)(re)管(guan)(guan)(guan)單(dan)元試驗研(yan)(yan)究(jiu)并揭示了(le)(le)振(zhen)(zhen)蕩(dang)(dang)熱(re)(re)(re)管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)幾何尺寸、操作參數(shu)和物(wu)理參數(shu)對于其傳(chuan)(chuan)熱(re)(re)(re)機制的(de)(de)影(ying)響規律(lv)，發現了(le)(le)隨(sui)著(zhu)熱(re)(re)(re)流(liu)(liu)(liu)密度的(de)(de)增加振(zhen)(zhen)蕩(dang)(dang)熱(re)(re)(re)管(guan)(guan)(guan)內(nei)部(bu)工(gong)質兩相流(liu)(liu)(liu)流(liu)(liu)(liu)形和運(yun)動形式的(de)(de)改變是決(jue)定著(zhu)振(zhen)(zhen)蕩(dang)(dang)熱(re)(re)(re)管(guan)(guan)(guan)傳(chuan)(chuan)熱(re)(re)(re)性(xing)能變化的(de)(de)本質。隨(sui)著(zhu)熱(re)(re)(re)流(liu)(liu)(liu)密度增加，兩相流(liu)(liu)(liu)流(liu)(liu)(liu)形由泡狀流(liu)(liu)(liu)-塞狀流(liu)(liu)(liu)-過渡(du)流(liu)(liu)(liu)-環(huan)狀流(liu)(liu)(liu)轉化，流(liu)(liu)(liu)形從“單(dan)擺”振(zhen)(zhen)蕩(dang)(dang)-氣(qi)泡生(sheng)成(cheng)和膨脹的(de)(de)振(zhen)(zhen)蕩(dang)(dang)和循環(huan)流(liu)(liu)(liu)-換向循環(huan)流(liu)(liu)(liu)-單(dan)向循環(huan)流(liu)(liu)(liu)動。基于振(zhen)(zhen)蕩(dang)(dang)熱(re)(re)(re)管(guan)(guan)(guan)傳(chuan)(chuan)熱(re)(re)(re)變化規律(lv)，針對于砂輪用振(zhen)(zhen)蕩(dang)(dang)熱(re)(re)(re)管(guan)(guan)(guan)，確(que)定了(le)(le)振(zhen)(zhen)蕩(dang)(dang)熱(re)(re)(re)管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)內(nei)徑為3mm、工(gong)質為丙酮。該研(yan)(yan)究(jiu)成(cheng)果(guo)發表在《International Journal of Heat and Mass Transfer》“Experimental investigation of thermal performance of the oscillating heat pipe for the grinding wheel”中。

      圖文導讀

圖1 振蕩(dang)熱管砂輪(lun)構想

圖2 兩相流形變化

圖3 流形和運(yun)動變化

圖4 回流現象

      作者(zhe)簡介

      錢寧，博(bo)士研究(jiu)生，研究(jiu)興趣：高效磨削技(ji)術，熱(re)管技(ji)術，傳(chuan)(chuan)熱(re)傳(chuan)(chuan)質；

      傅玉燦（通(tong)訊作者(zhe)），教授，博(bo)士生導師，研究興趣：高(gao)效、超高(gao)速磨削技(ji)(ji)術，自(zi)適(shi)應加(jia)工(gong)技(ji)(ji)術；

      張玉(yu)文，教(jiao)授(密蘇里大(da)學(xue))，博士(shi)生導(dao)師，研究(jiu)興趣：熱管技(ji)術，傳(chuan)熱傳(chuan)質，納米流體(ti)；

      陳佳(jia)(jia)佳(jia)(jia)，博士(shi)，研究興趣：高效磨削技(ji)術，熱管(guan)技(ji)術；

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