• ISSN 0258-2724
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油介质钢-BFPC结合面的热特性分析

徐平 洪志康 沈佳兴 于英华

徐平, 洪志康, 沈佳兴, 于英华. 油介质钢-BFPC结合面的热特性分析[J]. 西南交通大学学报, 2023, 58(6): 1303-1310. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210719
引用本文: 徐平, 洪志康, 沈佳兴, 于英华. 油介质钢-BFPC结合面的热特性分析[J]. 西南交通大学学报, 2023, 58(6): 1303-1310. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210719
XU Ping, HONG Zhikang, SHEN Jiaxing, YU Yinghua. Thermal Characteristics of Steel-BFPC Interface Under Oil Medium[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2023, 58(6): 1303-1310. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210719
Citation: XU Ping, HONG Zhikang, SHEN Jiaxing, YU Yinghua. Thermal Characteristics of Steel-BFPC Interface Under Oil Medium[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2023, 58(6): 1303-1310. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210719

油介质钢-BFPC结合面的热特性分析

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210719
基金项目: 国家自然科学基金(52005238,51375219);辽宁省教育厅项目(LJ2019JL030);辽宁省博士科研启动基金计划(2020-BS-256)
详细信息
    作者简介:

    徐平(1964—),男,教授,博士,研究方向为机械系统动力学分析及控制,E-mail:lnxuping@163.com

  • 中图分类号: TK124

Thermal Characteristics of Steel-BFPC Interface Under Oil Medium

  • 摘要:

    为了研究钢和玄武岩纤维树脂混凝土(BFPC)组成的结合面在油介质条件下的热特性,首先,利用离散原理来计算钢-BFPC结合面的实际接触面积,由于结合面接触时本质上是微凸体接触,微凸体会受到挤压形成挤压应力不同的面积区域,故进一步考虑接触比重,提高实际接触面积结果的精确性;然后,根据结合面的形貌特征,结合傅里叶定律分析油介质条件下钢-BFPC结合面的传热机理;最后,分别通过理论计算和实验研究分析不同载荷(0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 MPa)对结合面热特性参数的影响. 研究结果表明:接触热阻随着载荷增大而减小,传热系数和导热系数随着载荷增大而增大,不同载荷下,理论计算与实验计算的接触热阻误差分别为6.40%、6.18%、5.85%、4.61%、3.73%,接触热阻的误差随着载荷增大而减小.

     

  • 图 1  钢-BFPC结合面接触拓片

    Figure 1.  Steel-BFPC interface contact rubbing

    图 2  边界接触单元实际接触面积

    Figure 2.  Actual contact area of boundary contact element

    图 3  边界接触面积修正

    Figure 3.  Correction of boundary contact area

    图 4  考虑接触比重的离散单元

    Figure 4.  Discrete element diagram considering specific gravity of contact

    图 5  不同等分份数的离散结果

    Figure 5.  Discrete results of different equal aliquots

    图 6  接触面积比与等分份数拟合曲线

    Figure 6.  Fitting curve of contact area ratio and aliquot

    图 7  载荷对结合面接触热阻影响

    Figure 7.  Influence of load on contact thermal resistance of interface

    图 8  实验装置

    Figure 8.  Experimental setup

    图 9  理论计算与实验计算的接触热阻结果对比

    Figure 9.  Comparison of contact thermal resistance results between theoretical calculation and experimental calculation

    图 10  理论计算与实验计算的接触热阻误差

    Figure 10.  Contact thermal resistance error of theoretical calculation and experimental calculation

    表  1  不同等分份数的计算结果

    Table  1.   Calculation results for different aliquots

    等分
    份数/份
    内接触
    单元数/个
    边界接触
    单元数/个
    接触
    面积比
    9062367220.8235
    1801072674270.4502
    27015032176150.3474
    36021738278220.2542
    54036158498210.1807
    72063545633580.1413
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    表  2  不同载荷下计算得到的热特性参数

    Table  2.   Thermal characteristic parameters calculated under different loads

    载荷P/
    MPa
    单位面积法向刚度/
    (N·(m·mm2−1
    传热厚Lc/
    μm
    实际接触面积之比
    Ac/A
    导热系数λc/(W·(m·K)−1传热系数hc/(W·(m2·K)−1接触热阻Rc/
    (K·W−1)
    0.27769.341474.260.05020.262177.7160.250
    0.413093.291469.490.07670.337229.3310.194
    0.617326.021465.370.09180.380259.3200.171
    0.821029.011461.960.11030.427292.3980.152
    1.023105.361456.720.13490.483331.6750.134
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    表  3  不同载荷下实验计算得到的结合面热特性参数

    Table  3.   Thermal characteristic parameters of interface calculated by experiments under different loads

    载荷P/MPaT1/
    T2/
    温差ΔT/
    导热系数
    λc/(W·(m·K)−1
    传热系数
    hc/(W·(m2·K)−1
    接触热阻
    Rc/(K·W−1
    接触热阻
    误差/%
    0.2114.582.332.20.281189.9330.2346.40
    0.4115.385.230.10.359244.2040.1826.18
    0.6115.785.429.30.405276.0520.1615.85
    0.8114.986.228.70.448306.5130.1454.61
    1.0115.687.428.20.487344.5310.1293.73
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-09-16
  • 修回日期:  2022-03-03
  • 网络出版日期:  2023-09-13
  • 刊出日期:  2022-03-17

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