三维内翅片管辊轧-犁切挤压复合成形机理及其传热性能研究

发布时间：2021-02-19 11:28

　　随着社会经济的发展,我国面临能源安全和环境污染等诸多挑战,节能是缓解能源安全和环境污染的有效手段。管壳式换热器广泛应用于各个工业领域,其传热性能直接影响各领域的能耗水平。翅片管是换热器的核心部件,其性能的优劣决定换热器的换热能力。三维内翅片具有优异的传热性能获得了学术界和产业界的广泛关注,然而,如何高效加工三维内翅片管目前仍是一个难题。针对这一难题,本文提出辊轧-犁切挤压复合成形方法,研发具有圆弧主切削刃和弧形挤压曲面特征的犁切挤压刀具,实现了三维内翅片管高效可控加工。主要研究内容如下:提出三维内翅片管的辊轧-犁切挤压复合成形方法:在辊压成形的二维内螺旋翅片的基础上,犁切挤压成形三维内翅片管。研究了新型的犁切挤压复合成形刀具,该刀具具有圆弧状主切削刃和弧形挤压曲面特征。实验结果表明,该犁切挤压刀具突破了传统刀具主、副切削刃的经典包络原理,使管内表面被犁切开的内螺旋翅片不被去除而被挤压成形三维内翅片。研究了三维内翅片成形的犁切挤压临界深度,并推导出最大允许犁切挤压深度的计算公式。结合实验和有限元成分析,研究了三维内翅片的犁切挤压成形过程。结果表明,三维内翅片的犁切挤压成形可分为三个阶段:... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：134 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号表及物理名称
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 翅片管加工技术研究现状
        1.2.1 翅片管分类
        1.2.2 外翅片加工技术研究现状
        1.2.3 内翅片加工技术研究现状
        1.2.4 翅片管加工过程模拟研究现状
    1.3 管内强化传热技术研究现状
        1.3.1 高效换热管强化换热技术现状
        1.3.2 管内插入物强化传热技术现状
        1.3.3 管内复合强化传热技术现状
    1.4 有待研究和解决问题
    1.5 课题来源及主要研究内容
        1.5.1 课题来源
        1.5.2 研究目标
        1.5.3 主要研究内容
第二章 三维内翅片管辊轧-犁切挤压成形方法
    2.1 引言
    2.2 辊轧-犁切挤压成形方法的提出
    2.3 三维内翅片管的辊轧-犁切挤压成形过程
    2.4 内翅片犁切挤压成形刀具设计
    2.5 实验验证
        2.5.1 加工装置与实验条件
        2.5.2 三维内翅片管加工方法验证及实验结果
        2.5.3 三维内翅片成形特点
    2.6 内翅片几何参数理论计算
    2.7 三维内翅片犁切挤压临界深度
    2.8 本章小结
第三章 三维内翅片犁切挤压成形过程有限元分析
    3.1 引言
    3.2 内翅片犁切挤压有限元分析模型的建立
        3.2.1 三维几何模型建立
        3.2.2 网格划分及运动边界条件
        3.2.3 工件材料属性及本构模型
        3.2.4 接触与摩擦模型
        3.2.5 内翅片犁切挤压成形的有限元模型验证
    3.3 三维内翅片犁切挤压成形过程分析
        3.3.1 三维内翅片塑性变形分析
        3.3.2 内翅片成形过程各物理场分析
    3.4 刀具参数对内翅片成形的影响
        3.4.1 圆弧半径对内翅片成形的影响
        3.4.2 挤压角对内翅片成形影响
    3.5 本章小结
第四章 工艺参数对三维内翅片成形的影响规律
    4.1 引言
    4.2 实验设备与条件
    4.3 工艺参数对内翅片几何结构影响
        4.3.1 三维内翅片几何参数表征
        4.3.2 进给速度对内翅片几何结构影响
        4.3.3 犁切挤压深度对内翅几何结构影响
    4.4 犁切挤压刀具参数对内翅片几何结构的影响
        4.4.1 刀具主偏角对内翅片几何结构影响
        4.4.2 刀具挤压角对内翅片几何结构影响
        4.4.3 刀具圆弧半径对内翅片几何结构影响
    4.5 本章小结
第五章 三维内翅片管传热性能研究
    5.1 引言
    5.2 三维内翅片管传热实验方案
    5.3 三维内翅片管传热性能测试系统
        5.3.1 内翅片管传热实验测试系统
        5.3.2 数据处理
        5.3.3 测试系统的不确定性分析
        5.3.4 三维内翅片管传热测试系统验证
    5.4 三维内翅片管传热性能分析
        5.4.1 内翅片管传热性能评价
        5.4.2 内翅片管流动特性评价
        5.4.3 内翅片管综合传热性能评价
        5.4.4 与传统内螺旋翅片管对比分析
        5.4.5 与已有研究结果对比分析
    5.5 本章小结
第六章 三维内翅片管复合强化传热性能研究
    6.1 引言
    6.2 三维内翅片管与树枝状调控结构的复合强化传热性能研究
        6.2.1 树枝状调控结构在光管内强化传热性能研究
        6.2.2 三维内翅片管与树枝状调控结构的复合强化传热方案
        6.2.3 复合强化传热特性评价
        6.2.4 复合流动特性评价
        6.2.5 复合综合传热性能评价
        6.2.6 实验结果与已有研究对比
        6.2.7 三维内翅片管的复合强化换热性能预测
    6.3 三维内翅片管与多孔纤维调控结构的复合强化传热性能研究
        6.3.1 实验测试样品及方案
        6.3.2 孔隙率对复合强化传热性能影响
        6.3.3 直径对复合强化传热性能影响
        6.3.4 间距对复合强化传热性能影响
        6.3.5 与已有研究对比分析
    6.4 两种复合强化管对比分析
    6.5 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件


【参考文献】：
期刊论文
[1]我国发展面临能源与环境的双重约束分析及对策思考[J]. 武强,涂坤.  科学通报. 2019(15)
[2]成形挤出切削法制备翅片及其成形能力研究[J]. 张嘉阳,邓文君,刘良伟,殷晓龙,夏伟.  机械工程学报. 2019(05)
[3]椭圆钎焊与双金属轧制翅片管传热与阻力性能的试验对比[J]. 孙茜,欧阳新萍.  热能动力工程. 2017(08)
[4]横纹槽管内插扭带复合强化传热的试验研究[J]. 雷诗毅,郭亚军,桂淼,毕勤成.  机械工程学报. 2016(24)
[5]横纹槽管内插断续扭带复合强化传热的实验研究[J]. 雷诗毅,郭亚军,桂淼,毕勤成.  热能动力工程. 2016(09)
[6]外凸式波节管结合内插扭带复合强化换热性能分析[J]. 韩怀志,宋福元,张国磊,杨龙滨,李彦军.  化工学报. 2016(S1)
[7]波纹管内插扭带强化传热三维数值模拟[J]. 王晓静,孙启蒙,黄益平,陈舟,陆晓咏,徐义明.  化学工程. 2015(06)
[8]矩形自支撑缩放管换热器强化传热的结构优化[J]. 焦凤,邓先和.  化工学报. 2013(07)
[9]小直径内直翅铜管的热型连铸[J]. 黎沃光,余业球,蔡莲淑.  特种铸造及有色合金. 2012(12)
[10]不锈钢三维整体外翅片管的复合成形[J]. 张小霞,汤勇,万珍平,陆龙生,何雅玲.  华南理工大学学报(自然科学版). 2011(08)

硕士论文
[1]基于单切削刃—圆弧挤压刀具的整体外翅片铜管犁切/挤压成形机理研究[D]. 方晓明.华南理工大学 2011



本文编号：3041055