[发明专利]采用剪切力传递能量的方法

说明书

采用剪切力以传输能量的方法包括提供具有外部壳体组件、圆盘和储液器的设备；在所述外部壳体组件内旋转转子以产生流过作业腔体的作业流体并且施加剪切力于流过作业腔体的所述作业流体；以及沿横行于所述作业流体的邻近于所述外部壳体组件的第一表面的边界层的方向，在所述外部壳体组件上的多个位置处引发所述作业流体的移动。

本申请是申请号为201610954585.X、申请日为2016年11月3日、名称为“采用剪切力传递能量并具有构造成增加工作流体排热的流量改变结构的设备及相关方法”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种采用剪切力传递能量的方法。

背景技术

本节提供了与本发明相关的背景信息，这些背景信息并不一定是现有技术。

风扇驱动器是将剪切力施加于作业流体以传递旋转动力的装置的实例，其由美国密歇根州奥尔本山的BorgWarner Inc.公司商业制造。在这种装置中，粘度相对较高的作业流体(诸如硅油)被传送到圆盘和外部壳体组件之间的作业腔体中。圆盘连接到输入构件，并随其旋转，而所述外部壳体组件可以联接到风扇共同旋转。驱动圆盘的输入构件可以由前置发动机附件传动系统的皮带驱动，前置发动机附件传动系统由发动机曲轴驱动。圆盘和外部壳体组件配合形成流动路径，该路径配置成在作业流体中生成剪切力，并接着产生扭矩驱动(即，旋转)外部壳体组件。在作业流体中生成剪切力，特别是希望获得较高级别的扭矩时，会在作业流体中产生热量。

为了有助于这些装置排放热量，通常由铝制成的外部壳体可以由多个冷却散热片构成。冷却散热片有效地增大了外部壳体组件的外表面面积，并增强了这些装置通过传导、对流和辐射向大气排放热量的能力。然而，冷却散热片并不能促进热量从作业流体传递到外部壳体组件。

外部壳体组件相对于输入部件滑动时产生的热量，通常称为“滑动热量”。给定操作条件下产生的滑动热量的量值相当于该条件下风扇扭矩和相关的“滑动速度”(例如，输入部件和输出部件之间的旋转速度差)的乘积。因此，“滑动热量”在0％滑动和100％滑动的极端条件下是最小的。在这些限值之间，在输出速度与输入速度的比率约为50％到60％的区域里，能以最大的速率产生“滑动热量”。对于这种最坏的情况—“滑动热量”情况，只有一小部分可用作业流体存在于作业腔体内。该小部分的作业流体中的大多数留在与转子(圆盘)的OD相邻的区域内。这产生了一个有待解决的特别困难的问题。较高“滑动热量”量级进入相对较小体积的流体内，该流体具有与输出壳体壁相接触的相对较小潮湿表面。该问题自1950年到1960年前后在汽车发动机冷却中开始使用粘性风扇驱动器时起一直存在。

应该理解的是，本领域的普通技术人员可以假定“滑动热量”是一个固有问题，并且上述最坏情况——“滑动热量”情况可以简单地设计回避，因为输入和输出表面之间典型的流体剪切间隙通常非常小(约为0.4mm)，在那个微小的剪切区域内存在较高的热梯度是不可想象的。对流体材料认知的新进展已经通过利用CFD(计算流体动力学)成为可能。为了理解如何针对给定的粘性风扇离合器优化本发明，我们研究了存在于圆盘和外部壳体组件(典型情况下以不同的旋转速度旋转)之间的薄流体剪切区域中的热梯度。我们对存在于薄流体剪切区域中的热梯度的研究显示：建立完全地层状剪切层，并不能有效地逐层传输热能。而且，我们观察到梯度分布往往极其非线性，我们认为这是由与温度和剪切速率一起变薄的硅氧烷作业流体的非牛顿性质引起的。我们发现这种非线性造成与输出壳体的较冷壁相邻的边界层异常地厚和绝热。