电主轴轴心冷却用环路热虹吸管的传热特性

为了加强电主轴轴心冷却、减小电主轴的热变形,以150SD型磨削电主轴转子为对象,采用单环路热虹吸管来冷却主轴轴心,利用环路热虹吸管无需外部动力及传热效率极高的特征,从原理上避免了"动密封"问题对电主轴轴心冷却的困扰。对高离心力作用下单环路热虹吸管内传热工质的流动及传热状态进行了理论分析;以正戊烷为工质,对适用于该主轴轴心冷却尺寸的环路热虹吸管的传热特性进行了实验研究,并对其应用于电主轴轴心冷却的实际效果进行了预测。结果显示:在文中的实验工况下,单环路热虹吸管的运行温度稳定,其传热性能在充液率为60%左右时达到最佳,热阻仅为0.57℃/W;当采用4根单环路热虹吸管冷却结构时,150SD型磨削电主轴转子的最大温升为28.5℃,且这一温升数值随着转速的增加而继续减小,表明单环路热虹吸管在电主轴轴心冷却方面具有良好的应用效果。

中温水平环路热虹吸管传热性能实验研究

研制了一套中温水平环路热管(HLTS)。采用导热姆作为传热工质,搭建了其传热性能实验平台,考察了该HLTS的启动和传热性能。实验结果表明:U形段液封结构可有效避免热管内部两相工质的双向流动,提升其传热性能;充液率对环路热管传热性能影响较大,初始充液率为45.5%,加热功率为150W时,启动温度为130℃,启动时间为29min,启动性能优于初始充液率为70.5%工况;工作温度为200~400℃时传热热阻0.91~0.69℃/W,传热性能较好。该HLTS可移植和放大,设计用做槽式集热管,实现热管在太阳能中温热利用领域的高效利用。

环路热虹吸管间歇沸腾可视化实验研究

针对两相环路热虹吸管中出现的间歇沸腾不稳定现象,分别以R134a、水和无水乙醇作为工质,通过流场可视化实验观测,探究了间歇沸腾出现的条件及其对环路传热特性的影响。实验结果表明,在中等充液率和中等加热热流密度条件下更容易发生间歇沸腾现象;流型的周期性变化引起环路内部压力和温度波动,同时会增加环路的均温性;流型变化和波动特性因工质不同而有所差别,水作为工质时,波动周期更长,流型变化及压力波动更复杂。

面向电主轴定子冷却的热管流动与传热数值模拟

针对高速电主轴运转时产生大量热量、严重影响加工精度的问题,提出了一种面向高速电主轴定子冷却的环路热虹吸管,将其应用于电主轴定子散热,相对于传统定子水套,具有更高效和不消耗泵功等优点。建立了热管管内气液两相流动及相变传热数值计算方法,并用实验数据对该方法进行了验证,然后模拟研究了不同工质(正戊烷、乙醇、水)和不同加热功率对热管流动与传热性能的影响。结果表明,数值模拟方法能准确捕捉到管内气液两相的流型和相变换热过程,与实验数据吻合较好;工质为正戊烷和乙醇时,冷凝段形成冷凝液膜,在相同工况下,乙醇的液膜厚度比正戊烷小20μm左右;而工质为水时,冷凝段形成液滴,具有较高的传热系数;在相同条件下,以水为工质时,单环路热虹吸管热阻最小,在90 W加热功率时,热阻为0.085 K·W^(-1),分别比以正戊烷和乙醇为工质时小35.2%和11%左右。