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摩擦片散热温度场仿真结果以及分析

[2022-09-01] 摩擦片散热温度场仿真结果以及分析：摩擦片表面温度云图及相关曲线带有径向油槽的摩擦片在四个不同时刻的温度。最高温度点出现在1.109s时刻，此时摩擦片表面的温度值达到最大，但是油槽处的温度值不是最大。

摩擦片散热温度场仿真结果以及分析
(1)摩擦片表面温度云图及相关曲线带有径向油槽的摩擦片在四个不同时刻的温度。最高温度点出现在1.109s时刻，此时摩擦片表面的温度值达到最大，但是油槽处的温度值不是最大。但是在1.109s之后，摩擦片表面温度开始降低，这是因为随着滑摩的继续进行，摩擦片与对偶钢片的相对转速逐渐减小，因此产生的摩擦热也变少，并且由于对流换热的作用，冷却液不断把产生的热量带走，降低摩擦片表面的温度。油槽内的冷却液由于对流换热的作用，温度一直升高。当接合结束的时候，此时离合器的摩擦片与对偶钢片的转速已经达到一致，摩擦片表面温度开始慢慢降低，此时的温度最高为78.3C,此时冷却液的温度和摩擦片表面温度相差不多，说明散热效果明显。总体来看，温度在摩擦片上的分布是由摩擦片内径向外径处依次逐渐升高，随半径的增大而升高，这与热流密度加载方式有关。综合四张图可知，摩擦片刚开始滑摩的时候热量分布不均匀，只在摩擦片外径处产生比较明显的热量，此时由于油槽处没有热流密度的输入，没有摩擦生热现象产生，所以油槽处温度较低。但是随着滑摩时间的增加，热量逐渐由摩擦片外径处向内径处开始扩散，整个摩擦面上的热量分布开始变得均匀并且整体温度升高。当达到温度的峰值之后，由于摩擦片与对偶钢片之间的转速差的减小，由摩擦产生的热量逐渐减小，聚集在摩擦片表面的热量开始逐渐向内部传递，因此温度开始逐渐降低，油槽处的温度开始逐渐升高。在摩擦片内外端处由于同时存在对流换热的作用，因此在2.5s的时候可以从云图看出，摩擦片的温度最高点出现在靠近滑摩表面中间的位置，这是因为内外径处与油槽处都有冷却液进行冷却，所以“热斑”会出现在中间位置。

为了能够更好地表达在不同的径向位置处，摩擦片的温度与时间的相互关系，本文选择摩擦片上的四个节点作为研究对象，这四个节点沿径向均匀分布，依次从摩擦片外径处开始取点，如图3.19所示。把取得的四个点的温度与时间关系的数据提取出来，整理对比得到如图3.20所示的曲线。由曲线可以看出，摩擦片上的温度先快速升高再缓慢降低，每个点的变化趋势基本一致，并且靠近外径处的节点的温度比内径处的高。温度快速升高的原因是由于摩擦片与对偶钢片之间开始慢慢滑摩，随着转速的增加，摩擦产生热量的热量也逐渐增加，热量通过摩擦材料由外部向内部开始扩散，此时摩擦材料吸收热量的速度大于向内部材料传递热量的速度，因此温度升高的比较快。最高温度产生在1.109s左右，温度在达到最高温度后缓慢地下降，原因是随着摩擦片与对偶钢片之间的转速差逐渐减小，摩擦产生的热量也逐渐减小，加上油槽与冷却液的对流换热作用也越来越显著，因此，温度开始缓慢降低。

为了能够更好地观察摩擦片内部热量的传递，沿着摩擦片表面的中心位置作横切面，可以清楚地观察到内部的温度分布情况，如图3.21所示。这四幅图可以明显地表达出摩擦片在接合过程中内部的温度分布情况。在0.65s时刻，热量主要集中在摩擦表面处,这是因为此处的摩擦生热的速率要大于热量向材料内部传导的速率，因此表层温度比内部高。在1.109s时刻，表面温度慢慢向内部传播，温度梯度不大，温度的主要传播路径是沿轴向传播。在1.5s时刻，温度梯度在径向上开始变大，轴向上的温度梯度也开始变大，此时温度的传播路径分为径向和轴向传播的结合。在2.5s时刻，径向的温度梯度差已经很明显，轴向温度传递己经达到均匀。

螺旋径向油槽在不同时刻的温度分布趋势与径向槽类似，温度沿半径方向逐渐升高，靠近外经处的摩擦片处温度越高。接合过程中的最高温度为93.7C,出现在1.024s时刻。随着对流换热的不断进行，在2.5s滑摩结束的时候，摩擦片与对偶钢片转速达到一致，此时最高温度为74.2C,温度较高的区域出现在摩擦片中间位置，并且在2.5s时刻的摩擦片上的最高温度比径向槽摩擦片要高，这是因为螺旋槽油道比较长，冷却液会比较长时间地停留在油道处，所以能够吸收比较多的热量，导致冷却液的温度较高，但是容易引起液体黏度等物理特性方面的变化。最后“热斑”主要集中在摩擦片表面中间位置,并且热量分布区域不明显，这是因为随着对流换热的充分进行，油槽处的温度在此时达到了与摩擦表面相同的温度，因此没有温度梯度出现。

螺旋径向槽处的横截面处的温度分布图与径向槽分布类似，刚开始温度由表面传向内部，沿轴向传播，但是热量产生的速率大于热量传播的速率，因此在达到最高温度之前，轴向与径向温度梯度均不大。当到了1.5s时刻,轴向温度基本巳经达到均衡，只有径向处还存在一定的温度梯度，一直到2.5s时候，径向温度也达到均衡，温度梯度不大。这是因为由于存在螺旋槽，导致冷却液在槽内停留时间较长，能够充分的进行热对流，热交换比较多，因此最终冷却液温度与摩擦片表面相差不大。螺旋径向槽在2.5s时刻的最高温度比相同时刻径向槽处要低，说明螺旋径向槽的散热效果比径向槽好。

双圆弧槽在四个不同时刻的典型温度云图。在摩擦片表面的温度分布几乎与径向槽以及螺旋径向槽一致，半径越大处，温度越高。整个滑磨过程中的最高温度出现在0.939s,为92.7°C；而在滑磨结束时刻最高温度为70.2°C。在2.5s时刻，在摩擦片的中间位置，由于此时油槽处的温度与摩擦表面的温度相差不大，因此，会形成如图3.25(d)所示的圆环热量区域。由于此种油槽油道错综复杂，并且在流场分析中可知，存在比较明显的涡流现象，因此，冷却液的流动会明显受到阻碍，在油道内停留的时间长，吸收的热量也多，最终冷却液会与摩擦片表面温度相同，会形成温度一致的区域。

双圆弧槽的横截面处的温度云图，在达到最高温度之前，温度主要集中在摩擦片表面处，温度梯度不大，向内部传输的热量也不多。达到最高温度之后，由于滑摩结束，不再施加热流密度，因此，温度开始逐渐往内部扩散,轴向与径向的温度梯度开始逐渐变大，温度在轴向与径向逐渐开始传递。油槽刚开始温度较低，随着对流换热作用的不断加强，油槽处的温度逐渐升高，带走滑摩过程中产生的热量。在摩擦片内外径处，由于存在冷却液的对流换热现象，因此会与摩擦片中间处形成一定的温度梯度，最终温度最高处位于摩擦片中间位置处。

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