傳熱學(xué)在機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用

1、傳熱學(xué)在機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用摘要：通過(guò)課堂學(xué)習(xí)和查找各種資料書(shū)籍，分析傳熱學(xué)與機(jī)械專(zhuān)業(yè)的關(guān)系，并詳細(xì)討論傳熱學(xué)在機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：傳熱學(xué) 機(jī)械領(lǐng)域 應(yīng)用早在人類(lèi)文明之初，人類(lèi)就會(huì)用火取暖，傳熱現(xiàn)象在我們的日常生活中到處可見(jiàn)，從18世紀(jì)發(fā)明近代動(dòng)力機(jī)械以來(lái)，人類(lèi)的生產(chǎn)力有了巨大的飛躍。隨后的蒸汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)乃至燃?xì)廨啓C(jī)的陸續(xù)應(yīng)用，更使能源的轉(zhuǎn)換和利用技術(shù)達(dá)到了前所未有的階段。傳熱學(xué)科在以上過(guò)程中發(fā)揮了巨大的作用。而熱傳遞更是無(wú)時(shí)無(wú)處不在，它影響了幾乎所有的工業(yè)部門(mén)，更涉及到農(nóng)業(yè)、林業(yè)等許多部門(mén)。如今科技的發(fā)展與進(jìn)步與當(dāng)初的工業(yè)革命是分不開(kāi)的，而工業(yè)生產(chǎn)更是離不開(kāi)機(jī)械，機(jī)械與傳熱學(xué)這兩個(gè)在當(dāng)今各領(lǐng)

2、域應(yīng)用廣泛的學(xué)科之間更是有著密不可分的關(guān)系，下面就來(lái)介紹傳熱學(xué)在機(jī)械領(lǐng)域各方面的應(yīng)用。1.傳熱學(xué)在農(nóng)業(yè)機(jī)械和工業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用 在傳統(tǒng)工業(yè)中的鑄造、金屬熱處理等機(jī)械加工過(guò)程中，存在大量的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱、移動(dòng)邊界的固液相變傳熱以及各類(lèi)對(duì)流換熱問(wèn)題；在一些精密機(jī)械制造和使用過(guò)程中，熱應(yīng)力和熱變形量的預(yù)測(cè)、修正及控制也需要傳熱學(xué)的支持；在機(jī)械的控制中，元器件的冷卻和設(shè)備的更新?lián)Q代都與強(qiáng)化傳熱研究有關(guān)；另外各種農(nóng)業(yè)機(jī)械的研發(fā)設(shè)計(jì)也都離不開(kāi)傳熱學(xué)。2、傳熱學(xué)在機(jī)械高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用據(jù)美國(guó)航空和宇宙航行局所作的技術(shù)分析，美國(guó)航天飛機(jī)的技術(shù)關(guān)鍵大部分是所謂“熱防護(hù)系統(tǒng)”，即以航天飛機(jī)外表面的防熱瓦為主的整個(gè)熱防護(hù)

3、結(jié)構(gòu)，而這個(gè)系統(tǒng)必然離不開(kāi)傳熱學(xué)基礎(chǔ)，而航空航天領(lǐng)域是當(dāng)今世界上各領(lǐng)域高技術(shù)、新材料研究最集中的體現(xiàn)，可見(jiàn)傳熱學(xué)在其中所起的作用是相當(dāng)大的?，F(xiàn)代的機(jī)械加工工藝已經(jīng)不再限于傳統(tǒng)的車(chē)、銑、刨、磨等，像激光切割、激光鉆孔這類(lèi)高熱流的新型加工手段已經(jīng)應(yīng)用于石油鉆井等有特殊要求的場(chǎng)合，而且取得了良好的效益，這類(lèi)特殊加工方式所涉及的熱量傳遞問(wèn)題不能再用傳統(tǒng)的導(dǎo)熱理論來(lái)分析，必須加入對(duì)熱量傳輸速度的考慮，這類(lèi)問(wèn)題被稱(chēng)為“非傅里葉導(dǎo)熱”，這是在機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域的又一個(gè)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(guò)程中，由切屑與刀具之間的滑動(dòng)摩擦、切屑的塑性變形等產(chǎn)生熱量，不能及時(shí)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(lèi)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(yùn)用傳熱學(xué)的理論進(jìn)行導(dǎo)熱，顯得非常重要，不僅可以提高切削加工速率，延長(zhǎng)設(shè)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(kāi)溫度的控制。3.傳熱學(xué)在金屬切削方面的應(yīng)用金屬切削加工時(shí)，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?xí)l(fā)熱，切削熱可由工件、切屑、刀具等傳導(dǎo)出去。影響熱傳導(dǎo)的主要因素是工件和刀具材料的導(dǎo)熱系數(shù)及周?chē)橘|(zhì)狀況。工件導(dǎo)熱系數(shù)大，由切削區(qū)傳導(dǎo)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(gè)工件升溫較快。例如，切削導(dǎo)熱系數(shù)較大的銅或鋁時(shí)，切削區(qū)溫度較低，使得刀具的壽命較長(zhǎng)，但是工件升溫快，由于熱變形，切削時(shí)測(cè)量的尺寸與冷至室溫時(shí)的尺寸往往出現(xiàn)偏差，同時(shí)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(huì)被加工過(guò)程放大，造成的誤差必將達(dá)到一個(gè)無(wú)法忍受的程度。反之，工件導(dǎo)熱系數(shù)小，熱量不易從工件和切屑傳導(dǎo)出去，切削區(qū)溫度高，刀具磨損加劇，壽命降低。例如，切削導(dǎo)熱系數(shù)小的不銹鋼和高溫合金時(shí)，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(dǎo)熱系數(shù)大，切削區(qū)的熱量從刀具傳導(dǎo)出去，

6、能降低切削區(qū)的溫度。例如，YG類(lèi)硬質(zhì)合金的導(dǎo)熱系數(shù)普遍大于YT類(lèi)硬質(zhì)合金的導(dǎo)熱系數(shù)，并且抗彎強(qiáng)度較高，所以在切削導(dǎo)熱系數(shù)較小、熱強(qiáng)性好的不銹鋼和高溫合金時(shí)，在缺少新型高性能硬質(zhì)合金的情況下，多采用YG6X等牌號(hào)的YG類(lèi)硬質(zhì)合金。 另外，切削用量、刀具幾何參數(shù)、冷卻液對(duì)切削溫度有影響，結(jié)合傳熱學(xué)理論，通過(guò)控制和改變相應(yīng)參數(shù)或選用合適的冷卻液，可以達(dá)到合理控制切削溫度的目的。傳熱學(xué)在切削溫度測(cè)量方面的應(yīng)用。目前，傳熱學(xué)知識(shí)在高速切削時(shí)切削溫度的測(cè)量和模擬仿真方面應(yīng)用廣泛。例如，切削應(yīng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)的有限元模型，通過(guò)數(shù)值仿真技術(shù)，將切削過(guò)程的應(yīng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)精確而生動(dòng)地模擬出來(lái)。在此基礎(chǔ)上分析金屬切削過(guò)

7、程切屑的形成過(guò)程，從而得到了金屬切削過(guò)程初始狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)的應(yīng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布，還有應(yīng)用人工熱電偶法和有限元傳熱仿真相結(jié)合測(cè)量車(chē)削溫度。利用傳熱學(xué)理論建立切削區(qū)溫度場(chǎng)的傳熱模型，得出切削速度、切削厚度和刀具前角對(duì)切削溫度的影響曲線。由此可見(jiàn)傳熱學(xué)模型對(duì)分析金屬切削溫度非常有幫助。4.傳熱學(xué)在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用我所在的專(zhuān)業(yè)模塊是流體控制及其自動(dòng)化，其中液壓是我們研究的重要方向。目前，大功率場(chǎng)合我們只能采用液壓系統(tǒng)解決運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，這是液壓的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，然而我們不得不承認(rèn)，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(dá)十幾個(gè)千瓦，這么多的熱量都在液壓油中存儲(chǔ)著，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，液壓油的溫度就會(huì)升到一個(gè)很?chē)?yán)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(wèn)題，來(lái)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(yīng)用到傳熱學(xué)?？梢?jiàn)，傳熱學(xué)在機(jī)械領(lǐng)域是不可或缺的，機(jī)械領(lǐng)域的發(fā)展與進(jìn)步必定離不開(kāi)傳熱學(xué)的發(fā)展。參考文獻(xiàn)1楊世銘著.傳熱學(xué)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，20032李旦.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)【M】.哈爾濱