0040-輕型冷藏車(chē)車(chē)廂總成設(shè)計(jì)【全套12張CAD圖+說(shuō)明書(shū)】,全套12張CAD圖+說(shuō)明書(shū),輕型,冷藏車(chē),車(chē)廂,車(chē)箱,總成,設(shè)計(jì),全套,12,十二,cad,說(shuō)明書(shū),仿單 開(kāi)題報(bào)告 課題名稱(chēng) 輕型冷藏車(chē)車(chē)廂總成設(shè)計(jì) 課題來(lái)源 課題類(lèi)型 指導(dǎo)教師 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 專(zhuān)業(yè) 一、本課題設(shè)計(jì)的意義 冷藏保溫汽車(chē)是冷藏運(yùn)輸用的專(zhuān)用汽車(chē)，用來(lái)運(yùn)輸易腐貨物和對(duì)溫度有特定要求的貨物，主要為食品。冷藏保溫汽車(chē)是重要的公路冷藏運(yùn)輸工具，能實(shí)現(xiàn)易腐食品的冷藏運(yùn)輸，使貨物在整個(gè)運(yùn)輸過(guò)程中均處于其適宜的環(huán)境條件下，從而避免食品在運(yùn)輸過(guò)程中腐爛變質(zhì)而受到經(jīng)濟(jì)損失，能提高貨物運(yùn)輸質(zhì)量，降低綜合成本。而完成冷藏任務(wù)的主要是隔熱車(chē)廂及制冷裝置，因此設(shè)計(jì)一款隔熱性能良好的車(chē)廂成為了冷藏車(chē)設(shè)計(jì)中的重要課題。 二、國(guó)內(nèi)內(nèi)外冷藏保溫汽車(chē)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì) 2.1 國(guó)外冷藏保溫汽車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀 歐美國(guó)家冷藏保溫汽車(chē)發(fā)展較早，在十九世紀(jì)末和二十世紀(jì)初各國(guó)開(kāi)始發(fā)展冷藏運(yùn)輸工具，目前冷藏保溫汽車(chē)已成為專(zhuān)用汽車(chē)的主要種類(lèi)之一。美國(guó)近期保溫車(chē)約占全國(guó)載貨汽車(chē)保有量的0.8%，還有冷藏保溫掛車(chē)和半掛車(chē)，占其總數(shù)的9.7%。法國(guó)現(xiàn)有冷藏保溫汽車(chē)掛車(chē)和半掛車(chē)占全國(guó)運(yùn)輸汽車(chē)總數(shù)的1%。德國(guó)冷藏保溫汽車(chē)、半掛車(chē)占全國(guó)運(yùn)輸汽車(chē)總數(shù)的2%。英國(guó)冷藏保溫汽車(chē)占全國(guó)貨運(yùn)汽車(chē)總數(shù)的2.8%。目前日本年產(chǎn)冷藏保溫汽車(chē)二至三萬(wàn)輛，保有量近九萬(wàn)輛。俄羅斯冷藏保溫汽車(chē)約占貨運(yùn)汽車(chē)的2.3%。 日本冷藏保溫汽車(chē)中輕型車(chē)占60～70%；中型車(chē)占20～25%；重型車(chē)占10～15%。冷藏汽車(chē)約占55%，其中冷凍車(chē)占20～25%。在德國(guó)，輕中重的比例為2:5:3。美國(guó)冷藏汽車(chē)總重9噸以下的占44%；9～12噸的占11%；12噸以上的占45%。美歐國(guó)家還有大量掛車(chē)和半掛車(chē)。日本冷藏汽車(chē)的品種最多，占專(zhuān)用汽車(chē)品種數(shù)的一半以上，除按使用要求選用不同制冷裝置和汽車(chē)底盤(pán)外，根據(jù)裝貨需要設(shè)有后門(mén)、側(cè)門(mén)、頂門(mén)，門(mén)的結(jié)構(gòu)形式也有拉門(mén)、折門(mén)、滑道、卷簾、反沖等，附設(shè)的裝卸機(jī)構(gòu)有提升起重、尾門(mén)起重、鏈傳送等。歐美日本冷藏保溫汽車(chē)結(jié)構(gòu)工藝先進(jìn)，并十分重視性能試驗(yàn)。二十世紀(jì)初歐洲已建立冷藏運(yùn)輸工具的試驗(yàn)基地，現(xiàn)在十多個(gè)國(guó)家建立了二十多個(gè)試驗(yàn)中心。有奧地利維也納亞森納爾試驗(yàn)站是最著名的一個(gè)，它是由國(guó)際鐵路聯(lián)盟組織試驗(yàn)研究所與奧地利政府與上世紀(jì)五十年代確定并著手籌建的。1960年11月建成靜止試驗(yàn)室，能在靜態(tài)條件下測(cè)定車(chē)廂漏氣量和總傳熱數(shù)、進(jìn)行制冷機(jī)性能試驗(yàn)和整車(chē)試驗(yàn)；以后建立的運(yùn)行試驗(yàn)室可模擬車(chē)輛的運(yùn)行條件，除溫度（-50～+50℃）和濕度（相對(duì)濕度50～100%）外，還有風(fēng)速、陽(yáng)光輻射、雨雪等。其它有名的還有意大利的帕多瓦和羅馬試驗(yàn)站、德國(guó)的慕尼黑試驗(yàn)站和法國(guó)的安東尼試驗(yàn)站。 2.2 我國(guó)冷藏保溫汽車(chē)的發(fā)展現(xiàn)狀 我國(guó)的冷藏運(yùn)輸事業(yè)是50年代后期才開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的，60年代初外貿(mào)部門(mén)開(kāi)始組織其下屬企業(yè)采用“解放”底盤(pán)改裝保溫汽車(chē)，至70年代初主要靠進(jìn)口保溫車(chē)來(lái)滿足國(guó)內(nèi)冷藏運(yùn)輸?shù)男枰群髲牧_馬尼亞、匈牙利、意大利等國(guó)進(jìn)口數(shù)百輛中、重型車(chē)。同時(shí)開(kāi)始生產(chǎn)冷藏保溫汽車(chē)，商業(yè)部門(mén)和機(jī)械部門(mén)均先后進(jìn)行定點(diǎn)生產(chǎn)并形成一定批量。另外還從上述國(guó)家和日本進(jìn)口多種型號(hào)的冷藏車(chē)和保溫車(chē)。 改革開(kāi)放以后，我國(guó)公路冷藏運(yùn)輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)也從計(jì)劃模式向市場(chǎng)模式過(guò)渡。①原來(lái)主要由商業(yè)、食品進(jìn)出口、水產(chǎn)等系統(tǒng)的冷庫(kù)車(chē)隊(duì)按主管部門(mén)調(diào)撥和分配計(jì)劃進(jìn)行運(yùn)輸，轉(zhuǎn)為自主經(jīng)營(yíng)的冷庫(kù)車(chē)隊(duì)按市場(chǎng)需求進(jìn)行運(yùn)輸。隨著肉、魚(yú)、禽、蛋類(lèi)食品供大于求，計(jì)劃供應(yīng)取消，中長(zhǎng)途調(diào)撥運(yùn)輸?shù)谋壤郎p少，短途分配性運(yùn)輸比例大增；②隨著我國(guó)公路建設(shè)的快速發(fā)展，公路冷藏運(yùn)輸與鐵路、水路相比，其比例不斷提高，90年代已占20%，現(xiàn)在已近30%；③運(yùn)輸?shù)囊赘浳镆矎脑瓉?lái)的冷凍肉、禽、水產(chǎn)占絕大多數(shù)，發(fā)展到新鮮的肉、禽、水產(chǎn)占相當(dāng)比例，還有水果、蔬菜、乳制品、冷飲、保健食品等保鮮食品也需用冷藏、保溫、保鮮汽車(chē)運(yùn)輸；④車(chē)輛噸位結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，原來(lái)重、中、輕（微）分別占10%、70%、20%，現(xiàn)在則分別占10%、40%、50%；⑤隨著對(duì)冷藏運(yùn)輸質(zhì)量要求的提高，冷藏汽車(chē)和保鮮汽車(chē)的占有率從10%提高到40%。 隨著市場(chǎng)領(lǐng)域的拓展，我國(guó)冷藏保溫汽車(chē)的保有量也較快增長(zhǎng)：1980年約3500輛，1985年約6000輛，1990年約10000輛，1995年約15000輛，至今已經(jīng)超過(guò)25000輛。每年的銷(xiāo)售達(dá)4000多輛。每年的銷(xiāo)售達(dá)4000多輛（見(jiàn)表1.1） 表1.1 2000～2004年我國(guó)冷藏保溫汽車(chē)的銷(xiāo)量（單位：輛） 年份 2000 2001 2002 2003 2004 保溫汽車(chē) 合計(jì) 2717 2025 1973 2339 2241 重型 163 144 261 104 85 中型 576 226 640 348 451 輕型 1659 854 664 1428 1199 微型 329 801 408 459 506 冷藏汽車(chē) 合計(jì) 1176 1095 1485 1688 1559 重型 195 165 195 84 94 中型 167 205 630 449 459 輕型 761 538 573 1117 798 微型 53 187 87 38 208 注：資料來(lái)源為中國(guó)汽車(chē)工業(yè)年鑒。表中按車(chē)輛總質(zhì)量分類(lèi)：＞14噸為重型；6～14噸為中型；1.8～6噸為輕型；＜1.8噸為微型。 據(jù)《中國(guó)汽車(chē)報(bào)工業(yè)年鑒》不完全統(tǒng)計(jì)，2000年我國(guó)冷藏保溫汽車(chē)產(chǎn)量為2792輛，2004年冷藏、保溫、保鮮汽車(chē)產(chǎn)量為3915輛，其中保溫車(chē)占55.4%；冷藏車(chē)占40.3%，保鮮車(chē)占4.3%。從2003年起，冷藏汽車(chē)企業(yè)銷(xiāo)售收入和工業(yè)總產(chǎn)值均達(dá)到6億多元，工業(yè)增加值近1億元。2000～2004年，我國(guó)冷藏汽車(chē)的產(chǎn)量見(jiàn)表1.2。 表1.2 2000～2004年我國(guó)冷藏汽車(chē)產(chǎn)量（單位：輛） 年份 2000 2001 2002 2003 2004 保溫汽車(chē) 合計(jì) 2792 2050 1938 2430 2169 重型 170 143 261 105 86 中型 594 231 644 412 460 輕型 1699 838 652 1438 1148 微型 329 837 381 475 475 冷藏汽車(chē) 合計(jì) 1179 1087 1483 1736 1577 重型 198 163 196 85 97 中型 173 207 630 502 473 輕型 754 529 573 1110 801 微型 54 188 84 39 206 近年來(lái)，我國(guó)冷藏保溫汽車(chē)已逐步采用國(guó)外的先進(jìn)結(jié)構(gòu)和工藝，品種發(fā)展也很快。隔熱車(chē)廂有整體結(jié)構(gòu)和分片組裝等形式；隔熱層也已采用聚氨酯現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡新工藝；車(chē)門(mén)采用多層密封，使車(chē)廂密封性能得到改善。全國(guó)性的冷藏汽車(chē)測(cè)驗(yàn)中心也即將建成。技術(shù)基礎(chǔ)工作進(jìn)展也很快，機(jī)械委、商業(yè)部先后制定了技術(shù)條件、性能試驗(yàn)方法等標(biāo)準(zhǔn)，還制定了運(yùn)輸用制冷機(jī)組試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。 2.3 我國(guó)冷藏保溫汽車(chē)發(fā)展趨勢(shì) 目前中國(guó)的肉類(lèi)食品廠有2500多家，年產(chǎn)量1000多萬(wàn)噸，年產(chǎn)肉類(lèi)5600萬(wàn)噸；速凍食品廠2000多家，年產(chǎn)量超過(guò)850萬(wàn)噸；冷飲企業(yè)1000多家，年產(chǎn)量1000多萬(wàn)噸；乳品企業(yè)1500多家，年產(chǎn)量800萬(wàn)噸；此外還有每年4120萬(wàn)噸的水產(chǎn)品。上述易腐食品的消費(fèi)逐年增長(zhǎng)，乳品企業(yè)每年以30%的速度增長(zhǎng)，水果、蔬菜銷(xiāo)量更大。這些總量超過(guò)億萬(wàn)噸的食品都屬于易腐食品，都需要冷藏運(yùn)輸。 中國(guó)高等級(jí)公路（含高速公路和一、二級(jí)公路）目前已達(dá)20.73萬(wàn)公里，等級(jí)公路（含三、四級(jí)公路）131.59萬(wàn)公里，等級(jí)外的還有36.2萬(wàn)公里，公路的密度為17.5公里/百平方公里，其中高速公路已達(dá)1.95萬(wàn)公里，列美國(guó)之后成為世界第二。到“十五”期末，高速公路的通車(chē)?yán)锍虒⑦_(dá)2.2萬(wàn)公里左右，全國(guó)南北、東西全部被三縱三橫的高速公路貫通。公路建設(shè)的發(fā)展，改善了公路運(yùn)輸?shù)臈l件，將大大提高公路冷藏運(yùn)輸率。目前中國(guó)公路冷藏運(yùn)輸量只占20%，鐵路冷藏運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)量占55%，而歐美國(guó)家公路冷藏運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)量為60-80%，中國(guó)公路冷藏運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)量將會(huì)很快增長(zhǎng)。 中國(guó)政府有關(guān)部門(mén)提出的專(zhuān)用汽車(chē)五年和十年的發(fā)展綱要中要求：“冷藏保鮮貨物逐步實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)化、規(guī)范化、現(xiàn)代化，引導(dǎo)道路貨運(yùn)發(fā)展第三方服務(wù)。”據(jù)有關(guān)資料，到2005年中國(guó)專(zhuān)用汽車(chē)保有量將達(dá)到275萬(wàn)輛，每年需求量34萬(wàn)輛，原有專(zhuān)用車(chē)更新量12萬(wàn)輛，總的需求每年以10%的速度遞增，高于普通貨車(chē)的增長(zhǎng)速度。隨著中國(guó)加入WTO、北京申奧、上海申博的成功，冷藏保溫汽車(chē)面臨歷史上難得的發(fā)展機(jī)遇，政府為了促進(jìn)冷藏運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，成立了中國(guó)冷凍和冷藏食品專(zhuān)業(yè)學(xué)會(huì)，各地相應(yīng)成立了“冷鏈辦公室”，創(chuàng)辦了“三綠工程”，規(guī)劃了“綠色通道”，各大城市都有菜籃子工程辦公室和食品快餐配運(yùn)中心，有些城市對(duì)運(yùn)輸奶類(lèi)制品、生熟制品的冷藏保溫運(yùn)輸車(chē)發(fā)放了專(zhuān)用的通行證。這些都有利于冷藏保溫汽車(chē)的發(fā)展，從而帶動(dòng)這個(gè)行業(yè)迅速達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家的水平。 目前中國(guó)冷藏保溫汽車(chē)按照噸位構(gòu)成，還是中型車(chē)較多。隨著公路的建設(shè)和發(fā)展，重型車(chē)、半掛車(chē)將成為長(zhǎng)途、調(diào)撥性公路冷藏運(yùn)輸?shù)闹饕ぞ?，而得到快速發(fā)展；輕型冷藏和微型保溫車(chē)則作為短途、分配性運(yùn)輸?shù)闹饕ぞ叨玫娇焖侔l(fā)展。在冷藏保溫汽車(chē)功能方面，市場(chǎng)越來(lái)越要求高技術(shù)含量、高附加值的產(chǎn)品。制冷裝置、制熱裝置、液壓舉升裝置、廂體隔倉(cāng)裝置、側(cè)拉門(mén)裝置、計(jì)量測(cè)量裝置等，以及各種廂體的車(chē)身結(jié)構(gòu)器材，都有廣泛的市場(chǎng)前景。從環(huán)保和節(jié)能的角度考慮，所有聚氨酯材料的發(fā)泡劑都必須由無(wú)氟材料來(lái)取代，新冷源冷藏車(chē)的比例會(huì)有所增長(zhǎng)。 冷藏保溫汽車(chē)所有多品種、小批量、短周期的特點(diǎn)，只有柔性化生產(chǎn)可以克服這一生產(chǎn)組織上的矛盾。同時(shí)計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的發(fā)展，使世界經(jīng)濟(jì)的全球化、一體化的格局逐漸形成，全球的競(jìng)爭(zhēng)需要產(chǎn)品制造過(guò)程具有高速度和低成本，傳統(tǒng)小而全的企業(yè)模式已經(jīng)越來(lái)越喪失競(jìng)爭(zhēng)能力。因此，柔性化生產(chǎn)、靈活達(dá)到設(shè)計(jì)方案、異地加工或者異地組裝廂體的生產(chǎn)模式會(huì)較快發(fā)展。 隨著公路建設(shè)的飛速發(fā)展，加速發(fā)展重型車(chē)的勢(shì)頭會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)，這就是要求提高廂體的強(qiáng)度和剛度，特別注重減輕自重，增加載重后的尺寸穩(wěn)定性和耐沖擊性，確保整車(chē)的可靠性和安全性。因此在廂體的結(jié)構(gòu)上，各生產(chǎn)廠家都應(yīng)形成自己的獨(dú)立開(kāi)發(fā)能力，以適應(yīng)這種需要。 與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)冷藏保溫汽車(chē)的發(fā)展還很不夠。社會(huì)保有量、年產(chǎn)量均差得很多，品種和技術(shù)上的差距也很大，如車(chē)廂總傳熱系數(shù)和換氣倍數(shù)等性能指標(biāo)均較落后。冷藏汽車(chē)的關(guān)鍵配套裝置—制冷機(jī)組由于缺少定點(diǎn)生產(chǎn)企業(yè)和專(zhuān)用零部件，其性能還難以滿足長(zhǎng)距離冷藏運(yùn)輸?shù)囊蟆７蠂?guó)際試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)或測(cè)試程序的冷藏汽車(chē)試驗(yàn)設(shè)施還在建設(shè)，測(cè)試技術(shù)水平和測(cè)試儀器的精度均需提高。 三、本課題的研究?jī)?nèi)容、方法、手段及預(yù)期成果 本課題參考國(guó)內(nèi)外同類(lèi)型冷藏車(chē)的結(jié)構(gòu)和技術(shù)，通過(guò)對(duì)車(chē)廂結(jié)構(gòu)及尺寸的分析比較，完成車(chē)廂總成設(shè)計(jì)，其中包括車(chē)廂設(shè)計(jì)和車(chē)廂對(duì)開(kāi)門(mén)設(shè)計(jì)。根據(jù)確定的主要結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)參數(shù)計(jì)算車(chē)廂的傳熱系數(shù)，選擇合適的制冷裝置，并進(jìn)行性能計(jì)算和校核。預(yù)期車(chē)廂總傳熱系數(shù)≤0.4W/m2·K，達(dá)到A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)高性能材料和新技術(shù)的應(yīng)用，使車(chē)廂重量盡量降低，以提高載重量。 四、本課題進(jìn)程安排、各階段預(yù)期達(dá)到的目標(biāo) 第4～5周：下達(dá)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，理解設(shè)計(jì)意圖，進(jìn)行初步資料搜集； 第6～7周：結(jié)合畢業(yè)實(shí)習(xí)搜集有關(guān)資料，為撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告做準(zhǔn)備； 第7～8周：撰寫(xiě)并提交開(kāi)題報(bào)告； 第6～9周：，完成不少于4000字的英文資料翻譯； 第10～12周：方案設(shè)計(jì)；確定總體設(shè)計(jì)方案及方法； 第12～18周：設(shè)計(jì)及繪圖；完成各部分的設(shè)計(jì)、計(jì)算和校核 第19周：編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 五、完成任務(wù)所具備的條件因素 輕型冷藏車(chē)現(xiàn)在市場(chǎng)上的保有量并不是很多，所以對(duì)于實(shí)物的觀察不方便，好在網(wǎng)上關(guān)于輕型冷藏車(chē)的資料比較齊全，搜集起來(lái)并不難，且關(guān)于冷藏車(chē)的書(shū)刊也不少，有利于搜集各種方案進(jìn)行分析對(duì)比，參照國(guó)外先進(jìn)的輕型冷藏車(chē)的結(jié)構(gòu)和技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 指導(dǎo)教師意見(jiàn)及建議： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 輕型冷藏車(chē)車(chē)廂總成設(shè)計(jì) 摘 要 通過(guò)對(duì)隔熱車(chē)廂結(jié)構(gòu)及尺寸的分析比較，完成冷藏車(chē)車(chē)廂總成設(shè)計(jì)，其中包括車(chē)廂設(shè)計(jì)、車(chē)廂對(duì)開(kāi)門(mén)設(shè)計(jì)及性能計(jì)算與校核。 本設(shè)計(jì)的隔熱車(chē)廂各部分之間的連接多采用粘接劑而非螺栓和鉚釘?shù)冉饘偌?，不僅減少了熱橋，而且增加了平整度和美觀度。隔熱材料選用應(yīng)用最廣泛的聚氨酯泡沫，其導(dǎo)熱系數(shù)較小且具有一定的抗拉抗彎強(qiáng)度，與鋼板和膠合板的粘接力較強(qiáng)且密度低，減少了隔熱壁厚度，在車(chē)廂外尺寸確定的情況下增大了車(chē)廂裝載容積。車(chē)廂門(mén)及其附件盡量采用簡(jiǎn)單可靠的零部件和裝配固定方法，確保密封性。根據(jù)計(jì)算確定的熱工參數(shù)選用合適的制冷機(jī)組并合理完成各部分的安裝與固定。 本設(shè)計(jì)的車(chē)廂總成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能良好，成本不高，高性能材料和先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用有效降低了車(chē)廂的自重，各參數(shù)均符合設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵詞：冷藏保溫汽車(chē)，隔熱材料，制冷機(jī)組，傳熱系數(shù) ABSTRACT This paper completed the assemble design of the compartment of the refrigerated truck including the carriage design, the open door design, the performance calculation and verification through analysis and comparison the structure and the size of the insulated compartment. In this design, the connection between the parts mostly use adhesive rather than rivets, bolts and other metal pieces, which not only reduced the thermal bridge, but also increases the level and degree of beauty. The most extensive application of polyurethane foam is selected for insulation material which not only has small coefficient of thermal conductivity, but also has certain tensile strength and bend strength. The polyurethane foam has excellent adhesive force with the armor plate and the plywood. And the density is low which reduces the thickness of the insulated wall. So when the compartment has fixed external size the stowage volume of the compartment is increased. The door and its accessories as much as possibly use a simple and reliable parts and assembly method to ensure the seal. We should choose a appropriate refrigeration unit according to calculating the parameter of the heat engineering and complete the installation and fixed of various parts reasonably. This design of the compartment assemble has simple structure, good performance, low cost and the usage of high-performance materials and advanced technology which reduce the compartment’s weight. All parameters in this design are in line with the design requirements. KEY WORDS: refrigerated and insulated car, insulation material, refrigeration unit, heat transfer coefficient ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 新型多功能車(chē)黏性耦合器單元內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流和表面粗糙度的影響 Sheng-Chung Tzeng* 中國(guó)臺(tái)灣彰化500杰守N路1號(hào)，Chienkuo科技大學(xué)機(jī)械工程系， 電子郵件：tsc@ctu.edu.tw 電子郵件：tsc33@ms32.hinet.net *對(duì)應(yīng)的作者 K.David Huang 中國(guó)臺(tái)灣臺(tái)北10608，國(guó)立臺(tái)北科技大學(xué)車(chē)輛工程系 電子郵件：kdavidh@ntut.edu.tw 吳泰生 中國(guó)臺(tái)灣彰化500，大葉大學(xué)車(chē)輛工程研究所 電子郵件：kevin_wts@yahoo.com.tw 摘要：一項(xiàng)試驗(yàn)對(duì)新型多功能車(chē)黏性耦合器單元的局部傳熱和流動(dòng)特點(diǎn)進(jìn)行了分析。熱量由自由對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流轉(zhuǎn)移而來(lái)，并受各種轉(zhuǎn)速下壁和嵌入式環(huán)狀分布肋條的潤(rùn)滑效果影響。在實(shí)驗(yàn)條件下模擬新型多功能車(chē)黏性耦合器單元的一系列實(shí)際運(yùn)作，無(wú)論是轉(zhuǎn)速和幾何參數(shù)必須相當(dāng)接近真實(shí)環(huán)境。此外，試驗(yàn)段設(shè)計(jì)，使實(shí)際大小的新型多功能車(chē)動(dòng)力傳輸系統(tǒng)的冷卻特性可以被調(diào)查。整體溫度分布估計(jì)和局部傳熱系數(shù)分析。參考流場(chǎng)分布，就清楚了泰勒渦流上離心力的影響力。最后，新型多功能車(chē)設(shè)計(jì)師由試驗(yàn)結(jié)果中得到一些經(jīng)驗(yàn)公式。 關(guān)鍵詞：熱傳遞；流動(dòng)特點(diǎn)；黏性耦合器單元；新型多功能車(chē)；泰勒渦流 參考文本如下：Tzeng.S-C.、Huang,K.D.和吳泰生（2007）“新型多功能車(chē)黏性耦合器單元內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流和表面粗糙度的影響”，Int.J.車(chē)輛設(shè)計(jì)，第45期，第4，449-469頁(yè)。 個(gè)人簡(jiǎn)歷：Sheng-Chung Tzeng是一位中華人民共和國(guó)臺(tái)灣ChienKuo科技大學(xué)機(jī)械工程副教授，他在1999年從中華人民共和國(guó)臺(tái)灣國(guó)立清華大學(xué)獲得博士學(xué)位。他的主要研究領(lǐng)域是車(chē)輛工程設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)性熱傳遞，為汽車(chē)設(shè)計(jì)計(jì)算流體動(dòng)力和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻。 K.David Huang是一位臺(tái)灣國(guó)立臺(tái)北科技大學(xué)車(chē)輛工程教授，他在1992年獲得美國(guó)密歇根大學(xué)的博士學(xué)位。他的主要研究領(lǐng)域是混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)，混合氣動(dòng)力系統(tǒng)，金屬燃料電池，智能車(chē)艙和車(chē)輛動(dòng)力總成系統(tǒng)的冷卻技術(shù) 吳泰生是一名中華人民共和國(guó)臺(tái)灣大葉大學(xué)車(chē)輛工程研究生院的研究生，他的主要研究領(lǐng)域是黏性耦合器單元的冷卻 1．引言 在過(guò)去十年，汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展十分迅速。汽車(chē)用戶(hù)的關(guān)注焦點(diǎn)已經(jīng)從常規(guī)汽車(chē)轉(zhuǎn)移到專(zhuān)用車(chē)輛，比如運(yùn)動(dòng)的，休閑的和爬山的。這個(gè)轉(zhuǎn)變導(dǎo)致了新型多功能車(chē)的逐漸成熟。在過(guò)去的五年里，新型多功能車(chē)系統(tǒng)完成了從分時(shí)到實(shí)時(shí)系統(tǒng)的演變。后者包含了小轎車(chē)和所有全輪驅(qū)動(dòng)越野車(chē)的特點(diǎn)。所以動(dòng)力傳輸線路自動(dòng)激活。一般來(lái)說(shuō)，在平坦的道路上只有前輪驅(qū)動(dòng)是必須的而在崎嶇或濕滑的道路上使用四輪或全輪驅(qū)動(dòng)。新型多功能車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力通過(guò)變速器傳遞給動(dòng)力輸出裝置、傳動(dòng)軸和黏性耦合器單元。因?yàn)槠?chē)的黏性耦合器單元通過(guò)后方的差速器向后軸和半軸進(jìn)行動(dòng)力傳輸，所以在干燥平坦道路上持續(xù)運(yùn)行，可能會(huì)引起黏性耦合器單元過(guò)熱。當(dāng)后方差速器里的冷卻油的溫度超過(guò)某一臨界值時(shí)，黏性耦合器單元內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)刀片連接器會(huì)被脆弱地?zé)龎?，因此，?rùn)滑油問(wèn)題必須得到解決。 黏性耦合器單元的內(nèi)部幾何包含同軸旋轉(zhuǎn)缸體，其中內(nèi)部缸體旋轉(zhuǎn)而外部的固定。一個(gè)小空間分隔成兩個(gè)汽缸。一些學(xué)者力求分析對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)和流場(chǎng)。例如，泰勒(1923)在內(nèi)部超過(guò)外部旋轉(zhuǎn)缸體的基礎(chǔ)上提出了一項(xiàng)操作技術(shù)。當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)某一特定值時(shí)，離心力造成流量不穩(wěn)，流量分布從Couette流入一系列環(huán)形渦流開(kāi)始改變。當(dāng)泰勒值超過(guò)臨界值時(shí)流體循環(huán)開(kāi)始成為一個(gè)不穩(wěn)定的泰勒漩渦。間隔間距的重要性，以泰勒主任流量進(jìn)行了分析（陳， 1992 ）。當(dāng)基本流程達(dá)到最穩(wěn)定的狀態(tài)下，渦流開(kāi)始被一個(gè)多層的結(jié)構(gòu)支配。陳和昌（ 1992 ）在一個(gè)小差距旋轉(zhuǎn)缸體內(nèi)研究了穩(wěn)定的泰勒主任流量。分析是基于這樣的假設(shè)： 缸體間距，遠(yuǎn)小于內(nèi)缸體的平均半徑。孔和劉審查了環(huán)形Couette流量和泰勒渦流的穩(wěn)定性 (孔和劉， 1997)。他們發(fā)現(xiàn)，不穩(wěn)定的環(huán)形Couette流量在同軸旋轉(zhuǎn)缸體內(nèi)很有趣。肖等人(2002) 使用了激光光學(xué)技術(shù)探索兩個(gè)同軸缸體間波狀泰勒渦流的特點(diǎn)，其中內(nèi)缸體經(jīng)過(guò)充分的預(yù)加速度而外缸體靜止不動(dòng)。 Mohanty等人（1995）研究了在旋轉(zhuǎn)缸體里反向循環(huán)的熱量轉(zhuǎn)移。局部傳熱在各種不同的長(zhǎng)-直徑比率的缸體上進(jìn)行測(cè)量。李和Minkowycz (1989) 試驗(yàn)性地調(diào)查了其中有一個(gè)缸體旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)同軸缸體的傳熱特性。他們的試驗(yàn)結(jié)果提供了進(jìn)一步的洞察，在高溫轉(zhuǎn)移但是低壓下降中一個(gè)熱交換裝置是必須的。Jakoby等（1999）調(diào)查在一個(gè)有旋轉(zhuǎn)內(nèi)缸體和軸向流的環(huán)形區(qū)域內(nèi)的循環(huán)和熱傳遞。雖然幾何非常簡(jiǎn)單，但是當(dāng)超過(guò)穩(wěn)定的值時(shí)，流場(chǎng)開(kāi)始變得非常的復(fù)雜。加德納與sabersky （ 1978年），simmers和康尼（ 1979 ） ，貝克爾和凱（ 1962 ）和Kataoka (1997)等研究了旋轉(zhuǎn)缸體間環(huán)形間隙里的熱傳遞。渦流流量的起始顯示了一個(gè)強(qiáng)大的熱傳遞效應(yīng)，因此，在開(kāi)始的時(shí)候?qū)醾鬟f和環(huán)流的聯(lián)系進(jìn)行預(yù)測(cè)是重要的。Hayase (1992a， 1992b)等考慮了含有旋轉(zhuǎn)內(nèi)缸體的兩個(gè)同軸缸體之間的二維和三維層流，同時(shí)調(diào)查了內(nèi)部的缸體腔。他們的調(diào)查結(jié)果顯示當(dāng)內(nèi)缸體腔大于外缸體腔的時(shí)候流量和熱傳遞是更強(qiáng)的。 許多作品(阿里2000年；李等，1997年；哈德森等，1978年；Baier等，2000)調(diào)查在共缸體內(nèi)由離心力引起的不穩(wěn)定流。Andereck 等(1986)設(shè)想獨(dú)立的同軸旋轉(zhuǎn)缸體之間的循環(huán)。流量在一個(gè)包含各種渦流的環(huán)形Couette系統(tǒng)中起主要作用。各種不同的狀態(tài)在他們對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)和反射之下被區(qū)別。astill （ 1964年）研究了含有內(nèi)旋轉(zhuǎn)缸體的兩個(gè)同軸缸體的開(kāi)發(fā)流程。以?xún)?nèi)旋轉(zhuǎn)缸體壁附近開(kāi)始出現(xiàn)一系列振蕩波為不穩(wěn)定的開(kāi)始，當(dāng)流體順流移動(dòng)，波動(dòng)延伸向外，最后卷曲引起對(duì)渦流。當(dāng)連續(xù)的流量沿輸送管向前發(fā)展，流量和細(xì)胞都呈梯形。 這項(xiàng)研究實(shí)驗(yàn)性地闡明了黏性耦合器單元和強(qiáng)制對(duì)流以及各種周期的腔的熱傳遞和流動(dòng)特點(diǎn)。試驗(yàn)部分是一個(gè)具有真實(shí)參數(shù)和實(shí)際尺寸的動(dòng)力傳輸系統(tǒng)，使其盡可能地在試驗(yàn)條件下模擬實(shí)際操作范圍。在這個(gè)試驗(yàn)中，寬度的環(huán)狀分布的肋條被利用，長(zhǎng)寬比有5/3, 7.5/3 and 10/3。相應(yīng)的，流場(chǎng)的渦流可以增加，以改善潤(rùn)滑油和增加傳熱接觸面的冷卻油。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，不僅測(cè)量溫度分布，而且分析和比較了局部傳熱系數(shù)來(lái)解釋局部高溫導(dǎo)致刀片損壞的可能，同時(shí)也確定了環(huán)狀分布肋條的最佳尺寸作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。相應(yīng)的，我們對(duì)環(huán)狀分布肋條長(zhǎng)寬比在熱傳遞方面影響的了解改善了。預(yù)計(jì)外部冷卻油強(qiáng)制循環(huán)和克服流動(dòng)阻力的限制將導(dǎo)致熱效率的顯著提升。這項(xiàng)工作調(diào)查了節(jié)約成本和高效潤(rùn)滑油的聯(lián)系，其中包括一份對(duì)溫度測(cè)量和流場(chǎng)觀察的深入分析報(bào)告。建議考慮以實(shí)驗(yàn)為依據(jù)的實(shí)際因素下局部溫度分布系數(shù)變化的相互關(guān)系。這個(gè)關(guān)系在設(shè)計(jì)新型多功能車(chē)黏性耦合器單元中是有用的。 2．實(shí)驗(yàn)參數(shù)分析 潤(rùn)滑油的不良表現(xiàn)引起黏性耦合器單元的損壞是典型的。因此，對(duì)控制黏性耦合器單元內(nèi)部運(yùn)行的物理參數(shù)進(jìn)行深入分析是必須的。影響熱傳遞和流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的主要因素包括強(qiáng)制對(duì)流的影響、轉(zhuǎn)速、離心力和肋條的長(zhǎng)寬比。局部傳熱系數(shù)hZ由網(wǎng)狀熱壁的連續(xù)變化qnet與壁溫度Tb,z和冷卻劑溫度Tb,Z之差的比率來(lái)估計(jì)；hZ= qnet/(Tb,z—Tb,Z)。網(wǎng)狀熱壁從輸送管壁到冷卻油的連續(xù)變化視內(nèi)部旋轉(zhuǎn)缸體的表面散熱而定。散熱試驗(yàn)不僅在系統(tǒng)靜止時(shí)，而且在各種轉(zhuǎn)速時(shí)實(shí)施。局部溫度Tb,z由考慮輸入熱、估計(jì)熱損失和焓的變化的局部熱量平衡來(lái)確定。大部分以前的加熱原件的溫度下游是利用上游的下一站。局部努爾賽特值由局部溫度傳遞系數(shù)和液壓直徑確定是 在其中，冷卻油的熱傳導(dǎo)率Kf根據(jù)局部主體溫度估計(jì)。 3．實(shí)驗(yàn)的組織和測(cè)試部分 3.1 熱傳遞的實(shí)驗(yàn)裝置 該實(shí)驗(yàn)裝置是特地為新型多功能車(chē)黏性耦合器單元設(shè)計(jì)的。它包括四個(gè)部分-試驗(yàn)部分，旋轉(zhuǎn)軸，冷卻油系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。圖1介紹了測(cè)量溫度的設(shè)備。被測(cè)試的旋轉(zhuǎn)軸的主要?jiǎng)恿?lái)源是一個(gè)高速三相交流電動(dòng)機(jī)，通過(guò)變頻器控制轉(zhuǎn)速模擬實(shí)際的旋轉(zhuǎn)，輸入電壓為220V交流電，最大安全轉(zhuǎn)速為每分鐘4000轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)速利用一個(gè)光學(xué)轉(zhuǎn)速計(jì)(KYODO DENKI ATAC-152)測(cè)量，動(dòng)態(tài)通過(guò)一個(gè)具有雙槽皮帶輪和一個(gè)V型帶的電動(dòng)機(jī)來(lái)轉(zhuǎn)移。在這里，實(shí)驗(yàn)裝置的轉(zhuǎn)速為每分鐘1200 ， 1600 ， 2000 ， 2400 ， 2800和3200轉(zhuǎn)。表1顯示實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速和車(chē)輛的實(shí)際轉(zhuǎn)速。使用BP AUTRAN DX Ⅲ優(yōu)質(zhì)自動(dòng)變速器油作為冷卻油和回油系統(tǒng)包含兩個(gè)油箱-一個(gè)是在常溫下存儲(chǔ)冷卻油的供油箱，利用供油泵在30kg/cm2的固定壓力下強(qiáng)制將冷卻油輸送至測(cè)試部分內(nèi)部；另一個(gè)是回油箱，用來(lái)收集測(cè)試部分的冷卻油和向供油箱提供恢復(fù)常溫的冷卻油。同時(shí)，流量控制器(YUKEN KOGYO FCG-02-30-30) 控制流量為0.73 × 10 -6 m 3 /s, 3.38 × 10 -6 m 3 /s, 8.26 × 10 -6 m 3 /s 和14.60 x10 -6 m 3 /s 。 圖1 實(shí)驗(yàn)裝置 1：泵 5：轉(zhuǎn)換器 9：Potary刀片連接器 2：流量計(jì) 6：電動(dòng)機(jī) 10：后差速器 3：油箱 7：數(shù)據(jù)記錄器 11：油箱 4：轉(zhuǎn)速表 8：計(jì)算機(jī) 表1 實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)速和車(chē)的實(shí)際轉(zhuǎn)速 全輪驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的實(shí)際速度*（公里/小時(shí)） 實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速（每分鐘轉(zhuǎn)速） 牽引力 *福特Escape 2.3升（全輪驅(qū)動(dòng)越野車(chē)），實(shí)際的差速器最后驅(qū)動(dòng)比是2.928，輪胎直徑是0.7m。 一個(gè)由銅絲和康銅絲(55%銅， 45%鎳)制成TT-T-30SLE高精密度熱電偶被用來(lái)測(cè)量來(lái)自實(shí)驗(yàn)部分的信號(hào)。在測(cè)試之前，熱電偶用來(lái)自于電源的穩(wěn)定的電壓進(jìn)行焊接。熱電偶被嵌入黏性耦合器單元表面并使用混合熱固性導(dǎo)熱膠水(OMEGABOND 200)固定。每個(gè)洞充滿導(dǎo)熱膠水使接觸熱阻的影響減到最小。然后，熱電偶測(cè)量來(lái)自試驗(yàn)部分的信號(hào)并輸入數(shù)據(jù)記錄器(型號(hào)：2500E); 由YOKOGAWA制造。電位差信號(hào)被轉(zhuǎn)換了成一個(gè)局部溫度。從數(shù)據(jù)記錄器得到溫度數(shù)據(jù)之后，所有數(shù)據(jù)都被輸入一臺(tái)計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)程序?qū)囟绒D(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)加以分析。 3.2 測(cè)試部分的尺寸和熱電偶的位置 測(cè)試部分的設(shè)計(jì)類(lèi)似于福特制造的實(shí)時(shí)全輪驅(qū)動(dòng)車(chē)ESCAPE的中央差速器，來(lái)模擬黏性耦合器單元的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)作用。測(cè)試部分的實(shí)際尺寸為L(zhǎng)=120mm、ri=60mm、ro=67mm、D=7mm和E=4mm，環(huán)狀分布肋條的尺寸為w=5、7.5、10mm、h=3mm，AR=5/3、7.5/3和10/3。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，三個(gè)環(huán)狀分布肋條被裱在測(cè)試部分上以增加傳熱面積，在Ⅱ—Ⅳ情況下分別增加傳熱面積0.0209、0.0139and0.0116m2。測(cè)試部分包括34個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)，其中12個(gè)均勻分布在頂部區(qū)域的軸線方向上，12個(gè)均勻分布在底部區(qū)域的軸線方向上。它們被用來(lái)測(cè)量黏性耦合器單元的局部表面溫度分布。每個(gè)點(diǎn)被用于測(cè)量黏性耦合器單元圓周方向上每三十度的局部溫度分布。第六個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)在頂部和底部的0度和180度，和圖2描述的測(cè)量測(cè)試部分溫度的熱電偶的實(shí)體尺寸和位置相同。在這種情況下，測(cè)量溫度的產(chǎn)量表明對(duì)應(yīng)區(qū)域的局部溫度，使黏性耦合器單元在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中的熱傳遞特點(diǎn)和冷卻方案能夠被分析。 圖2 測(cè)試部分 3.3 用于循環(huán)設(shè)想所采用的實(shí)驗(yàn)裝置 測(cè)試部分是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的，尺寸是真實(shí)的黏性耦合器單元的兩倍，使在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中能夠觀察流場(chǎng)以識(shí)別黏性耦合器單元運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的內(nèi)部流場(chǎng)。圖3顯示了整個(gè)流場(chǎng)的觀測(cè)儀器。測(cè)試部分根據(jù)旋轉(zhuǎn)刀片的四種連接方式制造，尺寸是黏性耦合器單元兩倍。環(huán)狀分布肋條的寬度有10、15和20mm，主要是因?yàn)橄嗤奶├罩翟诔跗诘臒醾鬟f實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該被考慮。假設(shè)泰勒值相同，每次圓筒的實(shí)體尺寸被加倍，旋轉(zhuǎn)速度將下降到21、260、353、442、530、620和710轉(zhuǎn)每分鐘。該圖像采集系統(tǒng)使用一臺(tái)數(shù)碼相機(jī)用來(lái)將流場(chǎng)的動(dòng)態(tài)狀態(tài)輸入計(jì)算機(jī)。 圖3 可視循環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置 1：油箱 4：轉(zhuǎn)速計(jì) 7：測(cè)試部分 10：激光源 2：供油泵 5：電動(dòng)機(jī) 8：石英玻璃支柱 3：轉(zhuǎn)換器 6：CCD 相機(jī) 9：計(jì)算機(jī) 圖4 在各種雷諾值時(shí)歐拉值的分布 4．結(jié)果和討論 根據(jù)模擬真實(shí)的新型多功能車(chē)的各種不同的轉(zhuǎn)速，應(yīng)用強(qiáng)制對(duì)流測(cè)量黏性耦合器單元和頂部和底部軸線方向上的溫度分布得到六個(gè)泰勒值和四個(gè)雷諾值。對(duì)實(shí)驗(yàn)參量的不確定分析在附錄被列出。下面討論實(shí)驗(yàn)的測(cè)量。 4.1 降壓的影響 討論實(shí)驗(yàn)的壓力降低超過(guò)正常操作溫度范圍的影響。在本實(shí)驗(yàn)中測(cè)量測(cè)試部分在四種情況下的局部傳熱得到四個(gè)雷諾值(0.053≤Re≤1.054)。根據(jù)記錄的壓降，壓力減少影響的結(jié)果用下面的歐拉值表示。 這個(gè)值代表冷卻液在黏性耦合器單元中慣性輸入和輸出的壓力比。圖5標(biāo)出了雷諾值和歐拉值之間的相互關(guān)系，歐拉值和雷諾值成反比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明壓力降對(duì)應(yīng)雷諾數(shù)，更大的雷諾數(shù)對(duì)應(yīng)更大的壓力減少。光滑表面和增加的環(huán)狀分布肋條表面壓力存在細(xì)小的區(qū)別。此時(shí)，四種情況下的歐拉值非常接近彼此，差別平均只有3.5%。更小的雷諾數(shù)對(duì)應(yīng)更大的歐拉值。當(dāng)雷諾數(shù)等于0.053，黏性耦合器單元環(huán)狀分布肋條的歐拉值是16.7%，超過(guò)表面光滑的黏性耦合器單元。因此，當(dāng)強(qiáng)制對(duì)流的影響上升到一個(gè)特定值(Re>0.5)，壓力的降低對(duì)黏性耦合器單元的影響已經(jīng)不大，無(wú)論是有光滑表明還是環(huán)狀分布肋條。歐拉值和雷諾數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式可以從圖得到，Eu=d1(Re)d 2。表二顯示了相關(guān)系數(shù)。 圖5 情況Ⅰ中各種強(qiáng)制對(duì)流中的努塞爾值分布結(jié)果 表2 歐拉值的經(jīng)驗(yàn)方程系數(shù) 4.2 強(qiáng)制對(duì)流的影響 強(qiáng)制對(duì)流的強(qiáng)度取決于雷諾數(shù)，從物理意義上顯示了慣性力和黏性力之比。圖5用六個(gè)泰勒數(shù)顯示了在情況Ⅰ中雷諾數(shù)和努塞爾數(shù)的分布圖。實(shí)心標(biāo)志表示的位置X/D = 0.7和空白的標(biāo)志表示的位置X/D = 16.4在黏性耦合器單元的頂部。該圖顯示當(dāng)雷諾數(shù)從Re=0到Re=1.054時(shí)努塞爾數(shù)的增加，因?yàn)榕麪枖?shù)決定了強(qiáng)制對(duì)流的強(qiáng)度。更大的雷諾數(shù)對(duì)應(yīng)更有效的熱傳遞。強(qiáng)制對(duì)流測(cè)試表明，當(dāng)雷諾數(shù)超過(guò)一個(gè)預(yù)定值，它的對(duì)熱傳遞的影響明顯減弱。因此，在黏性耦合器單元的熱傳遞中冷卻劑的最佳流速必須被確定，優(yōu)于盲目增加冷卻劑的流速，這被Ta=2.856×105下的實(shí)驗(yàn)所證明，其中當(dāng)雷諾數(shù)從Re=0.053, 0.266 和 0.519增加到 1.054 時(shí)對(duì)應(yīng)的努塞爾數(shù)從9.9%、31.6%和53.8%增加到60%。因此，當(dāng)雷諾數(shù)超過(guò)Re = 0.597后對(duì)熱傳遞的影響大大減少。 圖6標(biāo)出了當(dāng)黏性耦合器單元的頂部的X/D=7.9，在泰勒數(shù)最大/最小時(shí)雷諾數(shù)和努塞爾數(shù)的分布。這個(gè)圖被分成二個(gè)上部，各自有四組分布對(duì)應(yīng)四種情況。在Ta=2.031×106，雷諾數(shù)給定的情況下，四個(gè)熱傳遞分布彼此類(lèi)似，雷諾數(shù)的增加是造成努塞爾數(shù)逐步增加的原因。相反，在底座Ta=2.856×105的情況下，四個(gè)努塞爾數(shù)分散在特定的雷諾數(shù)上，雷諾數(shù)的增長(zhǎng)引起努塞爾數(shù)的增長(zhǎng)，主要是因?yàn)槔鋮s液的黏性。在Ta=2.031x106時(shí)，黏性耦合器單元的溫度升高而冷卻油的黏性降低。在Ta=2.856x105時(shí)，黏性耦合器單元溫度降低而冷卻油黏性變大。 圖6 情況Ⅰ—Ⅳ中各種強(qiáng)制對(duì)流影響下的努塞爾值分布 4.3 旋轉(zhuǎn)的影響 當(dāng)內(nèi)部缸體旋轉(zhuǎn)而外部缸體保持靜止出現(xiàn)而泰勒渦流，對(duì)旋轉(zhuǎn)結(jié)果的分析影響熱傳遞中泰勒數(shù)的結(jié)果。在內(nèi)外缸體的間隙的相反方向出現(xiàn)許多對(duì)旋轉(zhuǎn)的渦流，因此，在高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中保持交錯(cuò)的溫度分布，黏性耦合器單元被局部高溫?fù)p壞。當(dāng)Ta數(shù)到達(dá)臨界值時(shí)，流場(chǎng)中會(huì)出現(xiàn)泰勒渦流。這個(gè)實(shí)驗(yàn)需要六個(gè)在2.86x105～2.03x106范圍內(nèi)的泰勒值。因?yàn)槔字Z值比較小，泰勒渦流也出現(xiàn)在流場(chǎng)內(nèi)部。 圖7顯示在情況I中各種泰勒值下努塞爾值的分布。此圖清楚地表明當(dāng)泰勒值從Ta=2.856×105上升到Ta=20.31×105時(shí)各種雷諾值下努塞爾值的下降，因?yàn)樘├罩悼刂菩D(zhuǎn)的強(qiáng)度。在第一塊中并取Ta=20.31×105,泰勒值為Re=0.053時(shí)比較旋轉(zhuǎn)的影響，以此為基礎(chǔ)，Ta= 2.856x105到Ta=5.078x105時(shí)努塞爾值的比率是2.87、2.03、1.79、1.43和1.14。在第四塊中并取Ta=20.31×105,泰勒值為Re=1.054時(shí)比較旋轉(zhuǎn)的影響，以此為基礎(chǔ)，Ta= 2.856x105到Ta=5.078x105時(shí)努塞爾值的比率是2.51、2.26、1.52、1.22和1.05。比較X/D = 0.7和X/D=16.4兩種情況顯示，在所有情況下努塞爾值在X/D=0.7情況下都要超過(guò)X/D=16.4情況下，因?yàn)殛P(guān)于黏性耦合器單元前面X/D=0.7，供油影響接近冷卻油的入口，因此努塞爾值超過(guò)X/D=16.4情況。當(dāng)冷卻油的流動(dòng)逐漸接近后差速器時(shí)，當(dāng)X/D反向變化，努塞爾值下降。后差速單元包括一個(gè)齒輪裝置和旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量，因此，努塞爾值減小。圖8顯示在四種情況下努塞爾值隨泰勒值的變化。如圖7分布，當(dāng)泰勒值上升，努塞爾值的分布下降。在Re=1.054的情況下，在情況I的六個(gè)泰勒值下，所有的努塞爾值都很小，但是在各種情況下的努塞爾值的分布非常類(lèi)似于在Re=0.053時(shí)得到的結(jié)果。 圖7 情況I中各種泰勒值時(shí)努塞爾值的分布 圖8 情況Ⅰ—Ⅳ中各種泰勒值時(shí)的熱傳遞分布 4.4 環(huán)狀分布肋條和光滑壁之間的比較 環(huán)狀分布肋條被嵌入壁的表面以增加流場(chǎng)的渦流，并且改善熱傳遞的區(qū)域。然而，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不完全支持這一說(shuō)法。圖9和圖10標(biāo)出了四種情況中Re=0.053和Re=1.054時(shí)局部努塞爾值的分布，比較在四種給定相同的強(qiáng)制對(duì)流的情況下最大和最小泰勒值的影響。圖9表明，黏性耦合器單元頂部的努塞爾值在Ta=2.856×105的情況Ⅱ或者Ta=2.031x106的情況Ⅰ中最大。同樣，圖10顯示黏性耦合器單元頂部的努塞爾值在Ta=2.856x105的情況中最大。在四種情況中前后部分努塞爾值不同這個(gè)事實(shí)的產(chǎn)生是因?yàn)楦鞣N環(huán)狀分布肋條被植入，歸功于溫度變化時(shí)雷諾值、泰勒值和冷卻油黏性的影響。 圖9 情況Ⅰ—Ⅳ中Re=0.053時(shí)局部努塞爾值的分布 圖10 情況Ⅰ—Ⅳ中Re=1.054時(shí)局部努塞爾值的分布 圖9和圖10清楚地顯示嵌入的環(huán)狀分布肋條阻礙了冷卻油的流動(dòng)。努塞爾值在X/D=0.7和X/D=16.4時(shí)的分布比較表明，努塞爾值在情況Ⅱ中Re=0.053、Ta=2.856x105時(shí)的差別有17.8%而在情況Ⅰ中努塞爾值的差別只有12.6%。當(dāng)Re=1.054、Ta=2.856×105時(shí)，努塞爾值在情況Ⅱ中的差別有25.6%，而在情況Ⅰ中努塞爾值的差別只有8.8%。不過(guò)努塞爾值在情況Ⅱ中Ta=2.856x105最小。 圖11顯示情況Ⅱ中隨著強(qiáng)制對(duì)流的變化和循環(huán)參數(shù)，努塞爾值的平均比率倍數(shù)于情況Ⅰ。實(shí)驗(yàn)的關(guān)系被確定如下 和 圖11 和Re·Ta之間的關(guān)系 表3列出了在情況Ⅰ中的值，顯示在光滑表面的平均努塞爾值。 表3 在情況Ⅰ中平均努塞爾值的分布（光滑表面） 4.5 流場(chǎng)的觀察 對(duì)流場(chǎng)的觀察是為了測(cè)試在情況Ⅰ-Ⅳ中七個(gè)轉(zhuǎn)速和泰勒值的組合。黏性耦合器單元的內(nèi)部流場(chǎng)取決于外部固定而內(nèi)部旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)同軸圓柱。在這流場(chǎng)中，科氏力、邊界切向速度、離心力、黏性和邊界條件之間的相互作用影響冷卻油在流場(chǎng)中的流動(dòng)。 圖12比較在四種情況中Ta=1796(rpm=21)在t=4s和t=20s時(shí)的流場(chǎng)。當(dāng)t=4時(shí)，在四種情況中氣泡朝受旋轉(zhuǎn)影響的旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)。旋轉(zhuǎn)的切向速度和冷卻油黏性導(dǎo)致潤(rùn)滑油朝旋轉(zhuǎn)方向流動(dòng)。前面油的數(shù)量減少而后面油的數(shù)量增加，強(qiáng)迫空氣向旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)。當(dāng)t=20時(shí)，在四種情況中旋轉(zhuǎn)缸體后面的潤(rùn)滑油升到前面，外缸體內(nèi)壁的油的表面在情況Ⅰ中合并到兩個(gè)氣泡中，在情況Ⅱ-Ⅳ中合并到四個(gè)氣泡中。這個(gè)差別源于嵌入的環(huán)狀分布肋條。 圖12 在情況Ⅰ-Ⅳ中Ta=1796(rpm = 21)時(shí)流動(dòng)的清楚呈現(xiàn) 圖13比較了在Ta=2.856x106(rpm = 260)且t=1.3和5s時(shí)情況Ⅰ和Ⅱ中流的結(jié)構(gòu)。在t=1時(shí)，氣泡在兩種情況下都集中在缸體的頂部位置。在t=3時(shí)，旋轉(zhuǎn)的切向速度和潤(rùn)滑油的黏性導(dǎo)致潤(rùn)滑油向旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)。該圖清楚地表明，潤(rùn)滑油表面向旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)是因?yàn)樵谇闆rⅠ中旋轉(zhuǎn)速度大。最初位于缸體頂部的氣泡以分散的方式融入潤(rùn)滑油中。同樣的，在情況Ⅱ中當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度高的時(shí)候，潤(rùn)滑油向旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)，在移動(dòng)港開(kāi)始時(shí)空氣分成若干塊前流入狹長(zhǎng)區(qū)域，因?yàn)榍度氲沫h(huán)狀分布肋條導(dǎo)致油的流動(dòng)結(jié)構(gòu)和在情況Ⅰ中不同。 圖13 比較當(dāng)Ta=2.856x106(rpm=260)時(shí)，情況Ⅰ和Ⅱ中油的流動(dòng)結(jié)構(gòu) 5．結(jié)論 這項(xiàng)調(diào)查研究了黏性耦合器單元頂部和底部區(qū)域軸線方向上的溫度分布，闡明了黏性耦合器單元的熱傳遞和流動(dòng)途徑。環(huán)狀分布肋條增加熱傳遞經(jīng)過(guò)的區(qū)域和他們對(duì)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的改變被各種實(shí)驗(yàn)參數(shù)所表明?？偨Y(jié)如下： · 雖然光滑表面的壓力和從環(huán)狀分布肋條表面得到的壓力沒(méi)有很大的不同，在低的雷諾值下，光滑表面在壓力下顯示出一個(gè)小的差別。冷卻液的流動(dòng)阻力低。然而，當(dāng)Re＞5時(shí)，四種情況下的壓力修正系數(shù)很小。因此，當(dāng)強(qiáng)制對(duì)流的影響很強(qiáng)時(shí)，黏性耦合器單元流場(chǎng)中的流動(dòng)阻力可以被忽視。 · 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，更大的雷諾值同更大的熱傳遞聯(lián)系在一起。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，雷諾值超過(guò)預(yù)定值時(shí)對(duì)熱傳遞的影響明顯小于雷諾值低于預(yù)定值時(shí)。優(yōu)化冷卻油的流動(dòng)，而不是盲目增加冷卻油的流動(dòng)，在熱傳遞工程中是至關(guān)重要的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示當(dāng)Re＞0.597時(shí)，熱傳遞時(shí)非常緩慢上升的。 · 對(duì)旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的分析表明泰勒值強(qiáng)烈影響熱傳遞分布。當(dāng)Re＞0，因?yàn)樘├諟u流，努塞爾值隨X/D變化，引起黏性耦合器單元內(nèi)部熱傳遞不一致，有助于區(qū)域局部高溫?fù)p壞機(jī)器。 · 在壁表面嵌入的環(huán)狀分布肋條增加了流場(chǎng)的波動(dòng)和熱傳遞經(jīng)過(guò)的區(qū)域，以改善傳熱效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)泰勒值小時(shí)努塞爾值在情況Ⅱ中最大，當(dāng)泰勒值大時(shí)努塞爾值在情況Ⅰ中最大。熱傳遞實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了經(jīng)驗(yàn)方程，方程（4）和（5）適用于在有各種預(yù)計(jì)循環(huán)參數(shù)的強(qiáng)制對(duì)流下的平均努塞爾值，粗糙和光滑表面。 · 這清楚呈現(xiàn)的潤(rùn)滑油的流動(dòng)顯示由于冷卻油的黏性，流場(chǎng)在Ta=1796(rpm=21)時(shí)在情況Ⅰ中產(chǎn)生穩(wěn)定的Couette流。潤(rùn)滑油沿著外缸體頂部的內(nèi)壁流動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)是相對(duì)緩慢的并且引力的影響是弱的，因此潤(rùn)滑油的流動(dòng)表面被合并到兩個(gè)油路中，然后，最終融入一個(gè)油路中。在情況Ⅱ—Ⅳ中冷卻油的流動(dòng)更加復(fù)雜：在環(huán)狀分布肋條的頂部，氣泡中的流動(dòng)最明顯。潤(rùn)滑油沿著外缸體頂部的內(nèi)壁流動(dòng)，改變了流動(dòng)結(jié)構(gòu)。最后，在情況Ⅱ—Ⅳ中潤(rùn)滑油的流動(dòng)被合并到由嵌入的環(huán)狀分布肋條形成的三個(gè)油路中， 致謝 作者想感謝中華人民共和國(guó)國(guó)家科學(xué)委員會(huì)根據(jù)No.NSC 92-2212-E-270-004合約對(duì)這次研究的財(cái)政支持 參考文獻(xiàn) Ali,M.A.(2000)“Couette流在內(nèi)部旋轉(zhuǎn)缸體的穩(wěn)定和恒定軸向速度的移動(dòng)”，流體動(dòng)力學(xué)研究，第27期,109-115頁(yè)。 Andereck，C.D.、Liu,S.S.和Swinney,H.L.(1986)“獨(dú)立旋轉(zhuǎn)缸體的圓形Couette系統(tǒng)中的流動(dòng)體系”，J.Flud Mech.,第164期,155-183頁(yè)。 Astill,K.N.(1964)“具有內(nèi)部旋轉(zhuǎn)缸體的同軸缸體之間的流發(fā)展的研究”，ASME J.熱傳遞，383-392頁(yè)。 Baier,G.、Graham,M.D.和Lighfoot,E.N.(2000)“新型雙流體泰勒渦流中的質(zhì)量運(yùn)輸”,AICHE 期刊,第46期,第12,2395-2407頁(yè)。 Becker,K.M.和Kaye,J.(1962)“內(nèi)部旋轉(zhuǎn)缸體的環(huán)形非絕熱流動(dòng)的測(cè)量”,ASME 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歐拉值（Eu=ΔP/ρVc2） I 電流 Kf 流體的傳導(dǎo)率（W/m·k） L 測(cè)試部分的長(zhǎng)度（mm） Nu 努賽爾值（qnetDi/ΔT·Kf） P 壓力（N/m2） Q 流量（m3/s） qnet 凈熱量（W/m2） qin 輸入熱量（W/m2） Re 雷諾值（Re= VcD/v） Ro 循環(huán)值（Ro=ωi ri/ Vc） ri 內(nèi)缸半徑（mm） rm 測(cè)試部分平均半徑（mm） ro 外缸半徑(mm) rpm 轉(zhuǎn)速(rev/min) T 溫度(oC) T0 起始溫度(oC) Ta 泰勒值(Ta=wi2rmD3/v2) Tf 最終溫度(oC) Tw 壁的溫度(oC) V 電壓 Vc 冷卻油流速(m/s) W 瓦特 希臘符號(hào) ΔP 壓力差(ΔP=Pin-Pout,N/m2) v 動(dòng)黏度(m2/s) ρ 流體密度(kg/m3) Ωi 內(nèi)缸旋轉(zhuǎn)速度(rpm) ωi 內(nèi)缸角速度(rad/s) 上標(biāo) 平均值 下標(biāo) i 內(nèi)部 f 最終 m 平均 o 外部 w 壁 c 橫流 附錄 不確定性分析包括測(cè)量參數(shù)和計(jì)算參數(shù)。在實(shí)驗(yàn)期間，測(cè)量參數(shù)是指實(shí)驗(yàn)設(shè)備的測(cè)量數(shù)據(jù)，比如物理尺寸、壓力、流速、電壓和電流。計(jì)算參數(shù)是指不能被儀器直接測(cè)量但是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量參數(shù)計(jì)算出來(lái)的無(wú)綱量參數(shù)，比如雷諾值、努賽爾值和泰勒值等。測(cè)量參數(shù)的誤差來(lái)源于儀器的錯(cuò)誤和人的讀數(shù)，而計(jì)算參數(shù)來(lái)源于經(jīng)過(guò)選擇計(jì)算的測(cè)量參數(shù)；因此，計(jì)算參數(shù)由測(cè)量參數(shù)的組合排列生成。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，Coleman和Steele(1995)參照不確定性分析，數(shù)據(jù)衰減公式如下 這里R是被計(jì)算參數(shù)而Xn是測(cè)量參數(shù)。另外，計(jì)算參數(shù)的不確定性變化可以描述如下 其中δXk=±Xk。 表4顯示了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中測(cè)量參數(shù)和計(jì)算參數(shù)的不確定性 表4 實(shí)驗(yàn)參數(shù)的范圍和不確定性分析 實(shí)驗(yàn)參數(shù) 范圍 不確定性 共 20 頁(yè) 第 20 頁(yè)