《基於相變傳熱的精密工具機整機冷卻機理研究》是依託西安交通大學，由楊軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於相變傳熱的精密工具機整機冷卻機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：楊軍
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
項目針對精密高速工具機動態熱特性及整機冷卻控制的需求，在前期工具機熱剛度分析及熱誤差補償技術研究基礎上，提出了將振盪熱管技術套用到整機冷卻中。採用理論仿真與實驗相結合的方法，對工具機熱載荷下振盪熱管傳熱機理及整機熱管系統設計方法等基礎科學問題進行研究。提出精密工具機熱載荷與振盪熱管物性參數的數值模擬方法，揭示不同工況下單個振盪熱管在工具機各熱源激勵下的汽液流動與相變傳熱機理；分析精密工具機整機熱管冷卻系統的外場多熱源載荷與管內傳熱過程的協同耦合機制，建立多熱源-多振盪熱管的耦合物理模型，闡明多個振盪熱管構成整機冷卻系統後各熱管內部氣液演變過程及其相互激勵機制；研究工具機多熱源-多熱管空間拓撲結構對精密工具機整機冷卻性能的影響規律，提出整機振盪熱管冷卻系統的最佳化設計方法和傳熱效能評價準則，實現精密工具機整機高效冷卻控制，抑制熱變形，降低冷卻成本。
結題摘要
項目圍繞精密工具機熱變形控制設計了高效節能的冷卻系統，研究了相變傳熱及氣液耦合傳熱規律，從工具機熱量生成機理、高效的冷卻結構設計、冷卻介質的選擇、自適應的振盪熱管冷卻控制系統以及相變傳熱規律等多方面研究精密工具機熱量傳遞及控制問題，提出了基於振盪相變傳熱的整機冷卻方法，並在精密坐標鏜床實驗平台上進行驗證。建立了工具機熱源與單個振盪熱管參數的數值分析模型，研究了不同物性參數對振盪相變傳熱的影響規律，揭示了精密工具機熱載荷下熱管的流型演變過程和振盪相變傳熱機理；分析了精密工具機不同運行工況下單個振盪熱管在精密工具機各個熱源作用條件下振盪相變的流動和傳熱規律；研究了進給系統以及電主軸系統的熱量耗散及傳遞規律，建立了工具機動態溫度場的導熱偏微分方程，並給出了基於伽遼金加權有限元的動態溫度場的數值計算方法，推導了工具機的熱-彈性力學方程式，建立了工具機熱-結構耦合的有限元動態分析模型。給出了由工況參數驅動的內熱源熱量生成的精確預估模型，並引入了基於分形理論與蒙特卡洛法的接觸熱阻分形模型，對接觸熱阻以及對流換熱係數等邊界條件進行了計算；提出了基於接觸角疊代法的滾動軸承生熱功率求解方法，改進了傳統Newton-Raphson算法求解軸承擬靜力學時精度低且收斂慢的缺陷，有效提高了收斂速度和仿真精度，實現了進給系統與電主軸系統溫度場/熱變形場的量化分析。針對不同工況下工具機熱誤差與溫度場的量度問題，提出了一種整機熱特性測試方法，並完成了測量系統的軟/硬體設計，實現了對不同工況下數控工具機熱變形等狀態信息的線上實時同步測量，為熱誤差的溯源及建模提供了基礎，並分析了工具機的熱誤差/溫度場在不同工況下的時域特性及其演變歷程。項目研究內容為精密工具機主動溫度控制提供了一種新思路，對工具機熱平衡設計及先進的冷卻控制等關鍵技術的研究具有重要的學術意義。
