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申请/专利权人：合肥工业大学

摘要：本发明涉及压缩气体冷却的冷却射流形态领域，具体设置一种用于气体射流冷却金属切削区的参数化调控系统和方法。一种用于气体射流冷却金属切削区的参数化调控方法，其根据需要确定冷却射流马赫盘末端的直径，初步设定冷却射流的前端参数。分别测得此参数下的马赫盘的末端实际位置、直径以及该位置的滞止压强。结合构建的计算模型来计算得到计算模型中的系数k和α。再通过调整前端参数压强及喷嘴口径的大小，直至马赫盘末端直径调整至满足实际要求。在此基础上，调整质量流量的大小以调整射流的温度，直至马赫盘末端温度满足冷却最低要求。通过上述调参思路能够充分地利用射流冷却能力最强的区域对金属切削区的产热区域进行快速均匀的降温。

主权项：1.一种用于气体射流冷却金属切削区的参数化调控方法，其特征在于，其包括以下步骤：1将气体射流冷却装置与PLC反馈控制器连接，并在PLC反馈控制器中构建冷却气体从所述气体射流冷却装置中喷射后形成的马赫盘的末端位置与冷却气体出口之间的距离LM以及马赫盘的末端位置的直径dM的计算模型，其表达式为 其中，k为比例系数，dn为气体射流冷却装置中喷嘴的直径；P0为气体射流冷却装置中的滞止压强；P∞为环境压强，α为经验系数，γ为比热比，cP为定压比热容，cV为定容比热容；2根据金属切削区中的产热区域的大小来确定覆盖热源所需要的马赫盘的末端位置的直径dM，所述马赫盘是由所述气体射流冷却装置喷射出的气体形成；3初步设定所述气体射流冷却装置在直径为dM时的前端射流参数，所述前端射流参数中的气体喷出时的压强为P，喷嘴口径为dn，质量流量为并打开气体射流冷却装置中的控制阀；4通过稳压定值阀调节气体射流的实际压强，控制其压强值稳定在设定的压强P，并通过质量流量控制器调节气体射流的实际质量流量，控制其质量流量稳定在设定值5通过高速摄像机测得在步骤3设定的参数下对应冷却气体喷射后实际形成的马赫盘的末端位置与冷却气体出口之间的距离LM,0以及实际形成的马赫盘的末端位置的直径dM,0；6通过温度压力传感器测得马赫盘的末端位置的实际滞止压强PM,0，并根据步骤3设定的前端参数计算得到马赫盘的末端位置与冷却气体出口之间的距离LM以及马赫盘的末端位置的直径dM的计算模型中的系数k以及α；7定义变量i，并初始化i＝1；8所述PLC反馈控制器获取第i次测得的马赫盘的末端位置的直径大小为dM,i，并与期望得到的能够覆盖金属切削区的产热区域的马赫盘末端位置的直径dM作差，并设定调控精度为Δd，将dM,i－dM与Δd作比较；当dM,i－dM＜0，或dM,i＞dM且dM,i－dM＞Δd时，则执行步骤9；当步骤dM,i＞dM且dM,i－dM＜Δd时，则执行步骤11；9根据步骤1中马赫盘的末端位置与冷却气体出口之间的距离以及马赫盘的末端位置的直径的计算模型，并结合步骤6中计算模型的系数k以及α，来调整压强P或者喷嘴dn来改变马赫盘末端的直径大小，使得马赫盘的末端位置的直径符合步骤8的条件；10将i+1的值赋值给i，并返回所述步骤8；11所述PLC反馈控制器获取步骤9最终得到的各项参数，各项参数包括此时的喷嘴入口处的实际压强P、喷嘴的大小dn，由此结合步骤6计算得到的系数k来算出此时马赫盘的末端位置与冷却气体出口之间的距离LM,i；通过温度压力传感器来测得计算的马赫盘的末端位置与冷却气体出口之间的距离为LM,i时，马赫盘的末端位置的滞止温度TM,0；12定义变量j，并初始化j＝1；13通过温度传感器测得第j次测量的马赫盘的末端位置的滞止温度TM,j，并与期望得到的滞止温度TM作差，并设定调控精度为ΔT，将TM－TM,j与ΔT作比较，若TM,j＞TM，或TM＞TM,j且TM－TM,j＞ΔT，则执行步骤14；若TM＞TM,j且TM－TM,j＜ΔT，则执行步骤16；14通过质量流量控制器来增加所述气体射流冷却装置射流的质量流量以降低气体射流在马赫盘的末端位置的滞止温度；15将j+1的值赋值给j，并返回步骤13；16所述PLC反馈控制器获取调节后的马赫盘的前端参数：喷嘴入口处的实际压强P、喷嘴的大小dn和调节后的气体的质量流量以及实际形成的马赫盘的末端位置与冷却气体出口之间的距离LM、马赫盘的末端位置的直径dM以及马赫盘的末端位置的实际滞止温度TM，并将调整后参数应用于实际金属切削区的冷却。

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百度查询： 合肥工业大学 用于气体射流冷却金属切削区的参数化调控系统和方法