傳熱學在機械領域的應用

1、傳熱學在機械領域的應用摘要：通過課堂學習和查找各種資料書籍，分析傳熱學與機械專業(yè)的關系，并詳細討論傳熱學在機械領域的應用。關鍵詞：傳熱學 機械領域 應用早在人類文明之初，人類就會用火取暖，傳熱現(xiàn)象在我們的日常生活中到處可見，從18世紀發(fā)明近代動力機械以來，人類的生產(chǎn)力有了巨大的飛躍。隨后的蒸汽輪機、內(nèi)燃機乃至燃氣輪機的陸續(xù)應用，更使能源的轉(zhuǎn)換和利用技術達到了前所未有的階段。傳熱學科在以上過程中發(fā)揮了巨大的作用。而熱傳遞更是無時無處不在，它影響了幾乎所有的工業(yè)部門，更涉及到農(nóng)業(yè)、林業(yè)等許多部門。如今科技的發(fā)展與進步與當初的工業(yè)革命是分不開的，而工業(yè)生產(chǎn)更是離不開機械，機械與傳熱學這兩個在當今各領

2、域應用廣泛的學科之間更是有著密不可分的關系，下面就來介紹傳熱學在機械領域各方面的應用。1.傳熱學在農(nóng)業(yè)機械和工業(yè)機械中的應用 在傳統(tǒng)工業(yè)中的鑄造、金屬熱處理等機械加工過程中，存在大量的非穩(wěn)態(tài)導熱、移動邊界的固液相變傳熱以及各類對流換熱問題；在一些精密機械制造和使用過程中，熱應力和熱變形量的預測、修正及控制也需要傳熱學的支持；在機械的控制中，元器件的冷卻和設備的更新?lián)Q代都與強化傳熱研究有關；另外各種農(nóng)業(yè)機械的研發(fā)設計也都離不開傳熱學。2、傳熱學在機械高新技術領域的應用據(jù)美國航空和宇宙航行局所作的技術分析，美國航天飛機的技術關鍵大部分是所謂“熱防護系統(tǒng)”，即以航天飛機外表面的防熱瓦為主的整個熱防護

3、結(jié)構，而這個系統(tǒng)必然離不開傳熱學基礎，而航空航天領域是當今世界上各領域高技術、新材料研究最集中的體現(xiàn)，可見傳熱學在其中所起的作用是相當大的?，F(xiàn)代的機械加工工藝已經(jīng)不再限于傳統(tǒng)的車、銑、刨、磨等，像激光切割、激光鉆孔這類高熱流的新型加工手段已經(jīng)應用于石油鉆井等有特殊要求的場合，而且取得了良好的效益，這類特殊加工方式所涉及的熱量傳遞問題不能再用傳統(tǒng)的導熱理論來分析，必須加入對熱量傳輸速度的考慮，這類問題被稱為“非傅里葉導熱”，這是在機械生產(chǎn)設備領域的又一個里程碑。又如鈦及其合金的加工，由于鈦及其合金傳熱率低，在其切削加工過程中，由切屑與刀具之間的滑動摩擦、切屑的塑性變形等產(chǎn)生熱量，不能及時散發(fā)，而

4、集中在刀具刀刃上，造成刀具壽命降低，加工質(zhì)量差等，很多類似的新材料都有不同的加工難題。因此正確選用加工條件，合理運用傳熱學的理論進行導熱，顯得非常重要，不僅可以提高切削加工速率，延長設備和刀具壽命，還可提高工件的加工質(zhì)量。各種材料的熱處理，例如金屬材料的鍛造、鑄造、淬火、退火、回火，還有一些工程塑料的注塑成型等都離不開溫度的控制。3.傳熱學在金屬切削方面的應用金屬切削加工時，產(chǎn)生的彈性和塑性變形以及前刀面與后刀面之間的摩擦會發(fā)熱，切削熱可由工件、切屑、刀具等傳導出去。影響熱傳導的主要因素是工件和刀具材料的導熱系數(shù)及周圍介質(zhì)狀況。工件導熱系數(shù)大，由切削區(qū)傳導到切屑和工件的熱量較多，切削區(qū)的溫度較

5、低，但是整個工件升溫較快。例如，切削導熱系數(shù)較大的銅或鋁時，切削區(qū)溫度較低，使得刀具的壽命較長，但是工件升溫快，由于熱變形，切削時測量的尺寸與冷至室溫時的尺寸往往出現(xiàn)偏差，同時刀具的尺寸也可能發(fā)生尺寸變化，由于刀具加工的方向又是誤差產(chǎn)生的敏感方向，由于刀具的形變，尺寸的變化就會被加工過程放大，造成的誤差必將達到一個無法忍受的程度。反之，工件導熱系數(shù)小，熱量不易從工件和切屑傳導出去，切削區(qū)溫度高，刀具磨損加劇，壽命降低。例如，切削導熱系數(shù)小的不銹鋼和高溫合金時，切削區(qū)溫度高，刀具磨損快，必須采用耐熱和耐磨性能好的刀具材料，并且澆注充分的冷卻液。 刀具材料的導熱系數(shù)大，切削區(qū)的熱量從刀具傳導出去，

6、能降低切削區(qū)的溫度。例如，yg類硬質(zhì)合金的導熱系數(shù)普遍大于yt類硬質(zhì)合金的導熱系數(shù)，并且抗彎強度較高，所以在切削導熱系數(shù)較小、熱強性好的不銹鋼和高溫合金時，在缺少新型高性能硬質(zhì)合金的情況下，多采用yg6x等牌號的yg類硬質(zhì)合金。 另外，切削用量、刀具幾何參數(shù)、冷卻液對切削溫度有影響，結(jié)合傳熱學理論，通過控制和改變相應參數(shù)或選用合適的冷卻液，可以達到合理控制切削溫度的目的。傳熱學在切削溫度測量方面的應用。目前，傳熱學知識在高速切削時切削溫度的測量和模擬仿真方面應用廣泛。例如，切削應力場和溫度場的有限元模型，通過數(shù)值仿真技術，將切削過程的應力場和溫度場精確而生動地模擬出來。在此基礎上分析金屬切削過

7、程切屑的形成過程，從而得到了金屬切削過程初始狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)的應力場和溫度場分布，還有應用人工熱電偶法和有限元傳熱仿真相結(jié)合測量車削溫度。利用傳熱學理論建立切削區(qū)溫度場的傳熱模型，得出切削速度、切削厚度和刀具前角對切削溫度的影響曲線。由此可見傳熱學模型對分析金屬切削溫度非常有幫助。4.傳熱學在液壓系統(tǒng)中的應用我所在的專業(yè)模塊是流體控制及其自動化，其中液壓是我們研究的重要方向。目前，大功率場合我們只能采用液壓系統(tǒng)解決運動問題，這是液壓的一個優(yōu)點，然而我們不得不承認，液壓系統(tǒng)的工作效率低，后果是產(chǎn)生熱的功率很大，往往達十幾個千瓦，這么多的熱量都在液壓油中存儲著，經(jīng)過一段時間，液壓油的溫度就會升到一個很嚴重的程度，液壓油膨脹，高壓下易發(fā)生氣穴現(xiàn)象，發(fā)出噪音。因此我們必須研究液壓油的散熱問題，來減輕危害。目前常用的方法往往都是在液壓回油的路程中加水冷裝置，如何才能更有效的帶走熱量。這就要應用到傳熱學?？梢姡瑐鳠釋W在機械領域是不可或缺的，機械領域的發(fā)展與進步必定離不開傳熱學的發(fā)展。參考文獻1楊世銘著.傳熱學基礎.北京：高等教育出版社，20032李旦.機械制造技術基礎【m】.哈爾濱