采用剪切力傳遞能量并具有構造成增加工作流體排熱的流量改變結構的設備及相關方法與流程

本發明涉及一種采用剪切力傳遞能量的設備，比如粘性流體離合器，其中所述設備包括構造成增加工作流體排熱的流量改變結構。

背景技術：

本節提供了與本發明相關的背景信息，這些背景信息并不一定是現有技術。

風扇驅動器是將剪切力施加于作業流體以傳遞旋轉動力的裝置的實例，其由美國密歇根州奧爾本山的BorgWarner Inc.公司商業制造。在這種裝置中，粘度相對較高的作業流體(諸如硅油)被傳送到圓盤和外部殼體組件之間的作業腔體中。圓盤連接到輸入構件，并隨其旋轉，而所述外部殼體組件可以聯接到風扇共同旋轉。驅動圓盤的輸入構件可以由前置發動機附件傳動系統的皮帶驅動，前置發動機附件傳動系統由發動機曲軸驅動。圓盤和外部殼體組件配合形成流動路徑，該路徑配置成在作業流體中生成剪切力，并接著產生扭矩驅動(即，旋轉)外部殼體組件。在作業流體中生成剪切力，特別是希望獲得較高級別的扭矩時，會在作業流體中產生熱量。

為了有助于這些裝置排放熱量，通常由鋁制成的外部殼體可以由多個冷卻散熱片構成。冷卻散熱片有效地增大了外部殼體組件的外表面面積，并增強了這些裝置通過傳導、對流和輻射向大氣排放熱量的能力。然而，冷卻散熱片并不能促進熱量從作業流體傳遞到外部殼體組件。

外部殼體組件相對于輸入部件滑動時產生的熱量，通常稱為“滑動熱量”。給定操作條件下產生的滑動熱量的量值相當于該條件下風扇扭矩和相關的“滑動速度”(例如，輸入部件和輸出部件之間的旋轉速度差)的乘積。因此，“滑動熱量”在0％滑動和100％滑動的極端條件下是最小的。在這些限值之間，在輸出速度與輸入速度的比率約為50％到60％的區域里，能以最大的速率產生“滑動熱量”。對于這種最壞的情況—“滑動熱量”情況，只有一小部分可用作業流體存在于作業腔體內。該小部分的作業流體中的大多數留在與轉子(圓盤)的OD相鄰的區域內。這產生了一個有待解決的特別困難的問題。較高“滑動熱量”量級進入相對較小體積的流體內，該流體具有與輸出殼體壁相接觸的相對較小潮濕表面。該問題自1950年到1960年前后在汽車發動機冷卻中開始使用粘性風扇驅動器時起一直存在。

應該理解的是，本領域的普通技術人員可以假定“滑動熱量”是一個固有問題，并且上述最壞情況——“滑動熱量”情況可以簡單地設計回避，因為輸入和輸出表面之間典型的流體剪切間隙通常非常小(約為0.4mm)，在那個微小的剪切區域內存在較高的熱梯度是不可想象的。對流體材料認知的新進展已經通過利用CFD(計算流體動力學)成為可能。為了理解如何針對給定的粘性風扇離合器優化本發明，我們研究了存在于圓盤和外部殼體組件(典型情況下以不同的旋轉速度旋轉)之間的薄流體剪切區域中的熱梯度。我們對存在于薄流體剪切區域中的熱梯度的研究顯示：建立完全地層狀剪切層，并不能有效地逐層傳輸熱能。而且，我們觀察到梯度分布往往極其非線性，我們認為這是由與溫度和剪切速率一起變薄的硅氧烷作業流體的非牛頓性質引起的。我們發現這種非線性造成與輸出殼體的較冷壁相鄰的邊界層異常地厚和絕熱。

美國專利號5,577,555公開了一種熱交換器，該交換器具有一個固定管道，其配置成傳輸水溶液(例如，包括表面活化劑的溴化鋰水溶液)。管道限定出熱交換壁，該熱交換壁具有多個在其內形成的“凹部”。所述“凹部”具有一定的深度，該深度大于管壁厚度并介于0.6mm到2.0mm之間。管道大小沒有公開，但是水溶液通過管道的流速優選地為0.7-0.25kg/(m*s)。盡管‘555專利沒有描述凹部對流過管道的水溶液的影響，但看起來凹部引起一部分接近管道壁的水溶液流體由層流向湍流轉變。如果假設鋰溴化物的水溶液具有1500kg/m³的密度，0.006Pa·sec的動態粘度和0.475kg/sec的質量流動速率，并且假設管道直徑為25mm，那么平均流動速度將是0.645m/s。相應的雷諾數是4031.

在流體力學中，稱為雷諾數的無量綱量被用來預測流動型態。雷諾數是慣性力與粘性力的比，并且可以通過以下公式計算：

Re＝(V·L)/ν

其中，Re是雷諾數，V是流動速度，L是特征長度，ν是流體的運動粘度。在管道中，層流是與小于2000的雷諾數相關的，湍流是與大于4000的雷諾數相關。

因此，由于水溶液的相對高的速度(這有助于計算雷諾數時提供式中相對大的分子)和水溶液的相對低的運動粘度(在計算雷諾數公式中提供一個相對小的分母)，在'555專利中公開的引起管道中從層流到湍流的轉變似乎是可能的。

相比之下，上述風扇驅動器中的作業流體是高粘性的(即，參數ν在雷諾數公式的分母中是比較大的)。這樣，在雷諾數公式中分母是比較大的，使得所得的雷諾數相對較小，所以不可能引起湍流。例如，風扇驅動器在50％的滑動條件下以1500rpm的滑動速度運行，其中圓盤具有118mm的圓盤半徑、圓盤和外殼組件之間的徑向剪切間隙為1.2mm、環境溫度下工作流體的運動粘度為500cSt，由此所得雷諾數是44.5，這顯著低于向湍流轉變起始雷諾數即超過2000。

鑒于以上陳述，現有技術仍然需要一種利用剪切力傳遞能量的設備，其中所述設備更好地配置成排放來自作業流體的熱量，在作業流體中熱邊界層的湍流混合并不可能。

技術實現要素：

本節提供了本發明的大體內容，并不是其所有特征和范圍的全面的公開內容。

在一種形式中，本教導提供了一種采用剪切力傳輸能量的設備。所述設備包括外部殼體組件、圓盤和儲液器。外部殼體組件具有由第一環形壁、第二環形壁和圓周延伸壁限定的作業腔體，所述圓周延伸壁被設置在第一環形壁與第二環形壁之間并且連接第一環形壁和第二環形壁。第一環形壁具有多個第一同心流體凹槽。圓盤可旋轉地容納在外部殼體組件中并且具有容納在作業腔體中的轉子部分。轉子部分具有第一側、第二側和外圓周表面。第一側具有多個第一同心肋部，且每個第一同心肋部容納在多個第一同心流體凹槽中的相關同心流體凹槽中。儲液器中具有作業流體且與作業腔體流體連通地聯接。作業流體流動路徑延伸在儲液器與作業腔體之間并且包括第一間隙、第二間隙和第三間隙，所述第一間隙被軸向地設置在外部殼體組件的第一環形壁與轉子部分的第一側之間，所述第二間隙被軸向地設置在外部殼體組件的第二環形壁與轉子部分的第二側之間，所述第三間隙被徑向地設置在外部殼體組件的圓周延伸壁的徑向內表面與轉子部分的外圓周表面之間。第一環形壁和圓周延伸壁中的至少一個包括多個流量改變結構，其配置成當圓圓盤相對于外部殼體組件旋轉且作業流體的部分在作業流體流動路徑中時，在流量改變結構的局部區域中促進鄰近于所述第一間隙和所述第三間隙中的相關一個或多個間隙中的作業流體的層流中的湍流。減小作業流體的邊界層的厚度是相對于第一環形壁和圓周延伸壁中的至少一個而配置，所述配置不包括多個流量改變結構。

當所述設備在與完全層流(即，顯著小于500的雷諾數)相關聯的流動條件下通過超高粘度、非牛頓剪切-薄化和溫度薄化作業流體以相對較高剪切速率在相對較薄剪切間隙中傳輸旋轉動力時，所述設備以此方式進行配置可包括引發剪切層的整體混合以完成整個剪切區域的更均勻溫度梯度和/或可薄化外部殼體組件的相對較冷壁上的邊界層。

流量改變結構可包括形成在圓周延伸壁的徑向內表面中的腔體，每個腔體從圓周延伸壁的徑向內表面向外徑向地延伸。每個腔體可具有至少部分與圓周延伸壁的徑向內表面同心的徑向外壁。

每個腔體可具有一對端部區段，所述一對端部區段被設置在徑向外壁的相對側上，使得一個端部區段的至少一部分在徑向外壁與圓周延伸壁的徑向內表面之間漸縮。

每個腔體可具有一對端部區段，其設置在徑向外壁的相對側上，使得每個端部區段將徑向外壁連接至圓周延伸壁的徑向內表面并且至少一個端部區段是至少部分由半徑限定。

每個環形壁腔體可相對于圓周延伸壁的徑向內表面具有徑向深度，所述徑向深度大于或等于0.2mm且小于或等于3.5mm。腔體的徑向深度可大于或等于0.5mm且小于或等于2.8mm。優選地，腔體的徑向深度大于或等于0.8mm且小于或等于2.5mm。

理論柱體可由圓周延伸壁的徑向內表面限定，其中流量改變結構被設置在連續區域內圓周延伸壁的徑向內表面上。流量改變結構可調整大小并且填充在連續區域中，使得連續區域中的流量改變結構設置在位于該連續區域內的理論柱體表面的至少50％的表面積上。優選地，流量改變結構可調整大小并且填充在連續區域中，使得連續區域中的流量改變結構設置在位于連續區域內的理論柱體表面的至少75％的表面積上。

每個腔體可具有由以下等式定義的縱橫比：AR＝C/R，其中，C是在圓周延伸壁的徑向內表面處測量的腔體的最大圓周長度；且R是所述腔體的徑向最外表面與所述轉子部分的表面之間沿與所述圓圓盤的旋轉軸線相交的線截取的徑向距離；且其中縱橫比大于或等于0.2且小于或等于4.0。優選地，縱橫比大于或等于0.25且小于或等于2.75。更優選地，縱橫比大于或等于0.5且小于或等于2.5。還更優選地，縱橫比大于或等于1.0且小于或等于1.5。

多個流量改變結構可數量上編號為至少五個(5)并且被設置在圓周延伸壁上。

多個流量改變結構的至少一部分可設置在圓周延伸壁上，使得它們并未圍繞圓周延伸壁的圓周均勻地分開。

所述設備可被配置成使得流量改變結構均未被設置在圓周延伸壁的橫跨至少70度的扇區中。

第一同心流體凹槽可各自限定扁平環形根部表面，且其中流量改變結構可包括形成在外部殼體組件中與至少一個扁平環形根部表面相交的環形壁腔體。

每個環形壁腔體可具有腔體側壁和由腔體側壁限定的腔體底壁，且腔體底壁的至少一部分可平行于至少一個扁平環形根部表面。

每個環形壁腔體可具有一對相對圓周端部，且至少一個圓周端部可至少部分由其中圓周端部與相關聯的一個扁平環形根部表面相交的位置處的半徑限定。

每個環形壁腔體可相對于相關聯的一個扁平環形根部表面具有一定深度，所述深度大于或等于0.2mm且小于或等于3.5mm。優選地，環形壁腔體的深度大于或等于0.5mm且小于或等于2.8mm。更優選地，環形壁腔體的深度大于或等于0.8mm且小于或等于2.5mm。

每個環形壁腔體可具有腔體側壁，且其中腔體側壁的至少一部分在其中腔體側壁的部分與相關聯的一個扁平環形根部表面相交的位置處垂直于相關聯的一個扁平環形根部表面。

第一環形壁上的流量改變結構可被設置在一個或多個區域內，其中每個區域與相關聯的一個扁平環形根部表面重合并且具有平坦環形形狀或環形區段形狀。流量改變結構可調整大小且填充在一個或多個區域中，使得一個或多個區域中的流量改變結構設置在一個或多個區域的至少50％的表面積上。優選地，流量改變結構可調整大小且填充在一個或多個區域中，使得一個或多個區域中的流量改變結構設置在一個或多個區域的至少75％的表面積上。

每個環形壁腔體可具有由以下等式定義的縱橫比：AR＝C/R，其中，C是在相關聯的一個扁平環形根部表面處測量的環形壁腔體的最大圓周長度；R是環形壁腔體的表面與相關聯的其中一個第一同心肋部之間的最大距離，通過平行于圓盤圍繞著相對于外部殼體組件旋轉的軸得到；且縱橫比(AR)大于或等于0.2且小于或等于4.0。優選地，縱橫比大于或等于0.25且小于或等于2.75。更優選地，縱橫比大于或等于0.5且小于或等于2.5。還更優選地，縱橫比大于或等于1.0且小于或等于1.5。

多個流量改變結構的至少一部分可被設置在第一環形壁上，使得它們并未圍繞第一環形壁的圓周均勻地分開。例如，所述設備可被配置成使得流量改變結構均未被設置在第一環形壁的橫跨至少70度的扇區中。

所述設備可優選地包括與儲液器和作業腔體流體連通的閥。閥可聯接至圓盤以隨著圓盤旋轉。

作業流體可包括硅氧烷。

儲液器可至少部分由圓盤限定。

在另一種形式中，本教導提供了一種方法，其包括：提供具有外部殼體組件、圓盤和儲液器的設備，所述外部殼體組件具有作業腔體，所述圓盤可在外部殼體組件中旋轉，所述圓盤具有可旋轉地容納在作業腔體中的轉子部分，所述作業腔體與儲液器流體連通；在外部殼體組件內旋轉轉子以產生流過作業腔體的作業流體并且施加剪切力于流過作業腔體的作業流體；以及沿橫行于作業流體的鄰近于第一環形表面的邊界層的方向，在外部殼體組件上的多個位置處引發作業流體的移動。

第一表面可形成在外部殼體組件的環形壁上或外部殼體組件的圓周延伸壁上。

如果第一表面是外部殼體組件的圓周延伸壁，那么所述方法可進一步包括隨著作業流體在設備的操作期間通過作業腔體而在鄰近于作業流體的第二表面的第二區域中的作業流體的層流中引發湍流。第二表面可形成在外部殼體組件的環形壁上。

所述方法可進一步包括在外部殼體組件上形成多個流量改變結構。流量改變結構可與外部殼體組件的限定多個同心流體凹槽的部分形成為一體。

流量改變結構可形成為腔體。

所述方法可進一步包括澆鑄外部殼體組件的至少一部分，使得當外部殼體組件的部分被澆鑄時在外部殼體組件的部分上形成腔體的至少一部分。

外部殼體組件上的位置是其中作業流體通過作業腔體的流量具有小于100的雷諾數的位置。

所述方法可進一步包括去除外部殼體組件的部分中的材料以形成腔體的至少一部分。可在選自由以下項組成的組的操作中去除外部殼體組件的部分中的材料：研磨、鉆孔、蝕刻、拉削和放電加工。

所述方法可進一步包括在選自由以下項組成的組的操作中形成外部殼體組件的部分：沖壓、壓印、鍛壓、精密沖裁和滾花以形成一個或多個流量改變結構。

在另一種形式中，本教導提供了一種設備，其包括外部殼體組件、可在外部殼體組件旋轉的圓盤以及儲液器。外部殼體組件具有由第一環形壁、第二環形壁和圓周延伸壁限定的作業腔體，所述圓周延伸壁被設置在第一環形壁與第二環形壁之間并且連接第一環形壁和第二環形壁。第一環形壁具有多個第一同心流體凹槽。第二環形壁具有多個第二同心流體凹槽。圓盤具有容納在作業腔體中的轉子部分。轉子部分具有第一側、第二側和外圓周表面。第一側具有多個第一同心肋部且第二側具有多個第二同心肋部。每個第一同心肋部容納在多個第一同心流體凹槽中的相關同心流體凹槽中。每個第二同心肋部容納在多個第二同心流體凹槽中的相關同心流體凹槽中。儲液器中具有作業流體且與作業腔體流體連通地聯接。作業流體流動路徑延伸在儲液器與作業腔體之間并且包括第一間隙、第二間隙和第三間隙，所述第一間隙被軸向地設置在外部殼體組件的第一環形壁與轉子部分的第一側之間，所述第二間隙被軸向地設置在外部殼體組件的第二環形壁與轉子部分的第二側之間，所述第三間隙被徑向地設置在外部殼體組件的圓周延伸壁與轉子部分的外圓周表面之間。第一環形壁和圓周延伸壁中的至少一個包括多個流量改變結構，其被配置成當圓盤相對于外部殼體組件旋轉且作業流體的部分在作業流體流動路徑中時在流量改變結構的局部區域中促進鄰近于所述第一間隙和所述第三間隙中的相關一個或多個間隙中的作業流體的層流中的湍流。

在又另一種形式中，本教導提供了一種方法，其包括：提供具有外部殼體組件、圓盤和儲液器的設備，所述外部殼體組件具有作業腔體，所述圓盤可在外部殼體組件中旋轉，所述圓盤具有可旋轉地容納在作業腔體中的轉子部分，所述作業腔體與儲液器流體連通；以及隨著作業流體在設備的操作期間通過作業腔體而在鄰近于作業流體的第一表面的第一區域中的作業流體的層流中引發湍流。

從本文提供的詳述將會清楚其它應用領域。總之，詳述和具體實例只旨在用于說明目的并且不旨在限制本公開的范圍。

附圖說明

本文所述的圖式只是為了選定實施例而非全部可能實施方案的說明性目的，并且不旨在限制本公開的范圍。

圖1是根據本公開的教導構造的示例性粘性風扇離合器的正視圖，所述粘性風扇離合器通過與示例性風扇操作地關聯進行說明；

圖2是圖1的風扇離合器的分解透視圖；

圖3是圖1的風扇離合器的縱向截面圖；

圖4是圖3的放大部分；

圖5是根據本公開的教導構造的另一個風扇離合器的透射、部分截面圖；

圖6是圖1的風扇離合器的部分的分解透視圖，其更詳細地說明外部殼體組件的部分；

圖7是風扇離合器組件的部分的后視圖，其更詳細地說明外部殼體組件的部分；

圖8是圖7的放大部分；

圖9是類似于圖7但是說明外部殼體組件的替代性配置部分的視圖；

圖10和11是類似于圖8但是說明外部殼體組件的替代性配置部分的視圖；

圖12是說明根據本公開的教導構造的另一個外部殼體組件的一部分的透視圖；

圖13是說明根據本公開的教導構造的另一個外部殼體組件的一部分的透視圖；

圖14是圖13的外部殼體組件的一部分的后視圖；

圖15是取自圖13的外部殼體組件的一部分的剖面圖；

圖16是根據本公開的教導構造的另一個外部殼體組件的一部分的后視圖；

圖17是根據本公開的教導構造的另一個外部殼體組件的一部分的透視圖；

圖18是圖17的外部殼體組件的一部分的放大視圖；

圖19是使用圖17的外部殼體組件的粘性風扇離合器的縱向截面圖的一部分；

圖20是現有技術的粘性風扇離合器的一部分的示意圖，描述了在圓盤和外部殼體組件之間的間隙中的作業流體，該作業流體形成相對較厚的邊界層，與現有技術的外部殼體組件相鄰；

圖21是圖19的粘性風扇離合器的一部分的示意圖，描述了在圓盤和外部殼體組件之間的間隙中的作業流體，該作業流體形成相對較薄的邊界層，與外部殼體組件相鄰；并且

圖22是描述了現有技術的粘性風扇離合器和圖19的粘性風扇離合器到達預定最大溫度的輸入和輸出速度的等溫組合的曲線圖，在該最大溫度下在這些離合器中的作業流體的溫度局限于預定溫度。

在附圖的若干視圖中，對應的參數指代對應的部分。

具體實施方式

參照圖1，一種示例性設備配置成使用剪切力來傳輸旋轉能量并根據本公開的教導構造，通常是由附圖標記10指示。在所提供的特定的例子中，該設備是粘性風扇離合器，其以與風扇12運行性關聯的方式示出，但可以理解，本公開的教導可應用于其他裝置，包括但不限于離合器、加熱器和泵。

參照圖2和圖3，設備10可包含輸入軸20、圓盤22、外部殼體組件24以及儲液器26。輸入軸20可作為設備10的輸入部件，并可以由旋轉電源直接驅動(例如，輸入軸20可以直接與電機輸出軸聯接或與電機輸出軸整體形成)或可以通過環形傳動裝置與旋轉電源聯接。環形傳動裝置可包含皮帶(未示出)，諸如V形帶或多楔帶，其可以是傳統的前置發動機附件傳動系統(FEAD)的一部分。FEAD的皮帶可以安裝在多個滑輪上(未示出)，包括曲軸滑輪，其可聯接到發動機曲軸上來一起旋轉，以及輔助滑輪，其可安裝在輸入軸20上來共同旋轉。可替代地，環形傳動裝置可包含鏈條和鏈輪，或可包含多個嚙合齒輪。

參照圖3和圖4，圓盤22可安裝到輸入軸20上來與其一起旋轉。圓盤22可包含轉子部分30，該部分可具有第一側32、第二側34以及外部圓周表面36。第一側32可具有多個第一同心肋部42，該肋部可設置為同心環繞輸入軸20的旋轉軸線A。在所提供的例子中，每個第一同心肋部42從轉子部分30的主體44的軸向側以平行于旋轉軸線A的方向延伸，并且每個第一同心肋部42終止于垂直于旋轉軸線A的第一肋部端面46。可選地，第二側34可具有多個第二同心肋部54，該肋部可圍繞旋轉軸線A同心地設置。在所提供的例子中，每個第二同心肋部54從轉子部分30的主體44的相對軸向側以平行于旋轉軸線A的方向延伸，并且每個第二同心肋部54終止于垂直于旋轉軸線A的第二肋部端面56。可以理解，第一同心肋部42的配置和/或第二同心肋部54的配置(如果包括的話)可能會偏離本文所述的特定配置。

在所提供的例子中，外部殼體組件24是設備10的輸出部件，并且其由一個或多個軸承58支承，該軸承安裝在輸入軸20上從而可圍繞旋轉軸線A獨立于圓盤22和輸入軸20轉動。外部殼體組件24可限定作業腔體60，該腔體由第一環形壁62、第二環形壁64和圓周延伸壁66限定，該圓周延伸壁被設置在第一環形壁與第二環形壁62和64之間并連接第一環形壁和第二環形壁。在所示的例子中，外部殼體組件24包含第一殼體部件70和第二殼體部件72，它們相互配合形成了作業腔體60。第一環形壁62可限定多個第一同心流體凹槽74，該凹槽可圍繞旋轉軸線A同心地設置。在所提供的例子中，每個第一同心流體凹槽74以平行于旋轉軸線A的方向延伸進入第一殼體部件70，并且每個第一同心流體凹槽74終止于垂直于旋轉軸線A的第一根部表面76，并且每個第一根部表面76設置在公共平面上。如果圓盤22包括第二同心肋部54，第二環形壁64可限定多個第二同心流體凹槽86，該凹槽可圍繞旋轉軸線A同心地設置。在所提供的例子中，每個第二同心流體凹槽86以平行于旋轉軸線A的方向延伸進入第二殼體部件72，并且每個第二同心流體凹槽86終止于垂直于旋轉軸線A的第二根部表面88，并且每個第二根部表面88設置在公共平面上。可以理解，第一同心流體凹槽74的配置和/或第二同心流體凹槽86的配置(如果包括的話)可能會偏離本文所述的特定配置。

圓盤22可容納在外部殼體組件24中，使得轉子部分30設置在作業腔體60中。每個第一同心肋部42可容納在相關的一個第一同心流體凹槽74中，并且如果轉子部分30包括第二同心肋部54，每個第二同心肋部54可容納在相關的一個第二同心流體凹槽86中。

儲液器26可與作業腔體60以流體連通形式聯接，并且可容納合適的作業流體，其中諸如聚硅氧烷流體。更具體而言，作業流體流動路徑可延伸在儲液器26和作業腔體60之間，并可包括第一間隙90、第二間隙92以及第三間隙94，該第一間隙被軸向地設置在第一環形壁62與轉子部分30的第一側32之間，該第二間隙被軸向地設置在第二環形壁64與轉子部分30的第二側34之間，該第三間隙被徑向地設置在圓周延伸壁66的徑向內部表面98與圓盤22的外部圓周表面36之間。第一、第二以及第三間隙，90、92以及94，通常非常小(相對于圓盤22的直徑而言)，通常小于3mm寬(即，圓盤22和外部殼體組件24之間的在第一、第二以及第三間隙，90、92以及94，任一個中的空間在尺寸上通常小于3mm)。

儲液器26可設置在任何需要的位置，而不必位于外部殼體組件24內。在所提供的例子中，儲液器26部分地由圓盤22并部分地由外部殼體組件24的第一殼體部件70限定而成。如果需要的話，閥100可被用來控制儲液器26和作業腔體60之間的流體連通。在所提供的例子中，閥100與圓盤22聯接來一起旋轉。閥100可運行在任何需要的方式下，例如，諸如與雙金屬元件、電磁體或氣動汽缸一起。排出作業腔體60的流體可通過回流管線102返回到儲液器26。回流管線102可形成在外部殼體組件24中，例如圖3中所示的在第一殼體部件70中。可替代地，回流管線102可被形成為徑向穿過圓盤22，如圖5中所示。

參照圖3、圖4和圖6，外部殼體組件24可包括多個流量改變結構110，這些流量改變結構被構造成，當圓盤22相對于外部殼體組件24旋轉且作業流體的一部分處于作業流體流動路徑中時，局部地減小鄰近外部殼體組件24的作業流體的邊界層的厚度。在所提供的實例中，流量改變結構110設置在圓周延伸壁66上，但是應當理解的是，除了或代替圓周延伸壁66，流量改變結構110可設置在第一環形壁62和/或第二環形壁64上。另外，在所提供的實例中，流量改變結構110在數量上編號至少為五個(5)并且被設置在圓周延伸壁66上。

參照圖9，流量改變結構110'可形成為從外部殼體組件24'的內表面98延伸的突起。然而，在圖6至圖8的實例中，流量改變結構110包括在圓周延伸壁66的徑向內表面98中形成的腔體120。每個腔體120徑向向外延伸圓周延伸壁66的徑向內表面98。

腔體120的結構可以變化以適應多個目的，例如可以容易形成腔體120的方式，作業流體被吸入到腔體120中的方式，和/或作業流體離開腔體120的方式。例如并且參照圖10，每個腔體120可選地可具有與圓周延伸壁66的徑向內表面98至少部分同心的徑向向外壁130。每個腔體120可具有設置在徑向向外壁130的相對側上的一對端部區段132。一個或兩個端部區段132可選地可以在徑向向外壁130與圓周延伸壁66的徑向內表面98之間全部或部分成錐形。作為另一個實例并且參照圖11，每個端部區段132可將徑向向外壁130連接至圓周延伸壁66的徑向內表面98，并且可選地，一個或兩個端部區段132可至少部分地由一半徑限定。

返回圖6至圖8，腔體120的深度D可設定為任何期望的深度。然而，我們已經發現，如果腔體120相對于圓周延伸壁66的徑向內表面98具有大于或等于0.2mm且小于或等于3.5mm的徑向深度D是最實際的。優選地，腔體120的徑向深度可大于或等于0.5mm且小于或等于2.8mm。更優選地，腔體120的徑向深度可大于或等于0.8mm且小于或等于2.5mm。

在所提供的具體實例中，圓周延伸壁66的徑向內表面98可以定義理論(正圓)柱體，流量改變結構110圍繞該理論柱體填充。流量改變結構110可圍繞理論柱體的表面在一個或多個連續區域中以一種或多種期望的群體密度填充。對于這種討論的目的：a)任何連續區域的寬度由垂直于旋轉軸線A延伸的平行平面定義，其中每個平面與至少一個流量改變結構110上的至少一個點相切，并且該連續區域內的所有流量改變結構110軸向設置在兩個平行平面之間；以及b)延伸超出一定面積(該面積小于理論柱體的整個表面)的任何連續區域具有由相交平面形成的(直)端部，相交平面包含旋轉軸線A并延伸通過理論柱體的表面，該理論柱體與圓周延伸壁66的徑向內表面98重合，其中每個相交平面與至少一個流量改變結構110上的至少一個點相切，并且該連續區域內的所有流量改變結構110軸向設置在兩個平行平面之間。

例如，流量改變結構110可設置在擴展理論柱體的整個圓周的單個區域中(即，流量改變結構110可分布在圓周延伸壁66的整個徑向內表面98上)。可替代地，流量改變結構110可圍繞理論柱體的表面在一個或多個連續區域中以一種或多種期望的群體密度填充，使得理論柱體表面的一個或多個區域未填充任何流量改變結構110。在圖7的實例中，理論柱體表面的一區域未填充任何流量改變結構110，以確保流量改變結構110不會干擾作業流體傳輸到回流管線102(圖6)。在此實例中，流量改變結構110設置在圓周延伸壁66的扇區上方的單個連續區域中，且在圓周延伸壁66的橫跨至少70度的剩余扇區中未設置流量改變結構110。在所提供的具體實例中，圓周延伸壁66的未被填充的剩余扇區橫跨約90度。這種方式的配置在某些情況下可能是需要的或期望的，例如，為了防止在設備10(圖1)的結構中在回流管線102(圖6)附近形成不期望的流動特征，該設備采用雨刷元件W(圖12)以引導作業流體進入與作業腔體60(圖4)相交的回流管線102(圖6)的端部中。

然而，可以理解的是，流量改變結構110可設置在完全橫跨或幾乎完全橫跨大約圓周延伸壁66的周邊的扇區上方的單個連續區域中，如圖12中所示。此外，不采用雨刷元件的設備10(圖1)的結構(諸如圖5的實施例)采用徑向延伸穿過圓盤22'的回流管線102，可以受益于如下配置：其中流量改變結構110設置在橫跨圓周延伸壁的徑向內表面98的整個圓周的單個連續區域中。

返回到圖7，由于圓周延伸壁66的扇區未填充流量改變結構110，流量改變結構110可被認為是圍繞圓周延伸壁66的圓周以不均勻方式間隔開。可替換地，設置在連續區域內的流量改變結構110之間的可變或變化間隔可被用來提供流量改變結構110的不均勻間距。

在由流量改變結構110填充的連續區域內，可設計流量改變結構110的尺寸并填充在圓周延伸壁66的徑向內表面98上，使得該連續區域內的流量改變結構110設置在位于該連續區域內的理論柱體表面的至少50％的表面積上。更優選地，連續區域內的流量改變結構110可設置在位于該連續區域內的理論柱體的至少75％的表面積上。

重新參照圖7和圖8，當流量改變結構110為形成在圓周延伸壁66的徑向內表面98中的腔體120時，每個腔體120可具有由以下等式定義的縱橫比(AR)：

AR＝C/R

其中，C是在圓周延伸壁66的徑向內表面98處測量的腔體120的最大圓周長度；且R是腔體120的徑向最外表面與轉子部分30(圖4)的外部圓周表面36(圖4)之間的沿與圓盤22(圖3)的旋轉軸線A相交的線截取的徑向距離。在一些形式中，縱橫比(AR)可以大于或等于0.2且小于或等于4.0。優選地，縱橫比大于或等于0.25且小于或等于2.75。更優選地，縱橫比大于或等于0.5且小于或等于2.5。還更優選地，縱橫比大于或等于1.0且小于或等于1.5。

在圖13至圖15的實例中，流量改變結構110a設置在第一環形壁62a上。流量改變結構110a可包括從第一環形壁62a沿軸向延伸的突起，但在所提供的具體實例中，流量改變結構110a包括形成在外部殼體組件24a中并與至少一個第一根部表面76相交的環形壁腔體120a。

每個環形壁腔體120a可相對于相關聯的一個第一根部表面76具有一定深度，所述深度大于或等于0.2mm且小于或等于3.5mm。優選地，環形壁腔體120a的深度大于或等于0.5mm且小于或等于2.8mm。更優選地，環形壁腔體120a的深度大于或等于0.8mm且小于或等于2.5mm。

每個環形壁腔體120a可具有腔體側壁140和可由腔體側壁140限定的腔體底壁142。如果需要，腔體側壁140的至少一部分可在其中腔體側壁140的部分與相關聯的一個第一根部表面76相交的位置處垂直于相關聯的一個第一根部表面76。環形壁腔體120a可被配置成使得腔體底壁142的至少一部分平行于至少一個第一根部表面76。每個環形壁腔體120a可進一步具有一對相對圓周端部144。至少一個圓周端部144可至少部分由其中圓周端部144與相關聯的一個第一根部表面76相交的位置處的半徑限定。

每個環形壁腔體120a具有由以下等式定義的縱橫比(AR)：

AR＝C/R

其中，C是在相關聯的一個第一根部表面76處測量的環形壁腔體120a的最大圓周長度；且R是底壁142與相關聯的一個第一同心肋部42(圖4)的第一肋部端面46(圖4)之間平行于圓盤22(圖3)圍繞著相對于外部殼體組件24a旋轉的縱軸A(圖3)截取的最大距離。在某些實例中，縱橫比(AR)可大于或等于0.2且小于或等于4.0。優選地，縱橫比大于或等于0.25且小于或等于2.75。更優選地，縱橫比大于或等于0.5且小于或等于2.5。還更優選地，縱橫比大于或等于1.0且小于或等于1.5。

第一環形壁62a上的流量改變結構110a可被設置在一個或多個區域內，其中每個區域與相關聯的一個第一根部表面76重合并且具有平坦環形形狀或環形區段形狀。每個區域內的流量改變結構110a可被調整大小且被填充在一個或多個區域中，使得一個或多個區域中的流量改變結構110a可被設置在一個或多個區域的至少50％的表面積上。優選地，流量改變結構110a被調整大小且被填充在一個或多個區域中，使得一個或多個區域中的流量改變結構110a可被設置在一個或多個區域的至少75％的表面積上。為了此討論的目的，如果第一環形壁62a上的區域并未完全圍繞第一環形壁62a延伸，那么所述區域可由彼此相交的一對平面限定，每個平面在一個或多個點處可與一個或多個流量改變結構110a相切，且所述區域內的全部流量改變結構110a被設置在所述對相交平面之間。

流量改變結構110a可以任何期望方式設置在第一環形壁62a上。例如，流量改變結構110a的至少一部分可被設置在第一環形壁62a周圍，使得它們并未圍繞第一環形壁62a的圓周均勻地分開。關于這一點，可采用流量改變結構110a之間的變化或可變間距，和/或流量改變結構110a的(多個)區域可被配置成使得它們并未完全圍繞第一環形壁62a的圓周延伸。在所提供的特定實例中，流量改變結構110a被設置在第一環形壁62a的扇區上方的單個連續區域中，且其中流量改變結構110a均未被設置在第一環形壁62a的橫跨至少70度的剩余扇區中。在所提供的特定實例中，第一環形壁62a的未填充的剩余扇區橫跨約90度。

在粘性風扇離合器的領域中，第一同心流體凹槽74的徑向最外側凹槽74a稍微寬于從第一同心流體凹槽74中的徑向最外側凹槽74a徑向向內的第一同心流體凹槽74是相對常見的。因此，如果第一環形壁62a中的流量改變結構110a僅僅被設置在第一同心流體凹槽74中的徑向最外側凹槽74a內，那么可以更容易地制造外部殼體組件24a。然而，將明白的是，本公開的教導還擴展至在其中流量改變結構110a僅僅被限于從第一同心流體凹槽74中的徑向最外側凹槽74a徑向向內的一個或多個第一同心流體凹槽74的情形以及它們被設置在第一同心流體凹槽74中的徑向最外側凹槽74a以及從第一同心流體凹槽74中的徑向最外側凹槽74a徑向向內的一個或多個第一同心流體凹槽74的情形中使用流量改變結構110a。

本領域技術人員將明白的是，流量改變結構110a可以類似于上文針對第一環形壁62a描述的方式設置在第二環形壁64(圖3)上，且除被設置在第一環形壁62a上的流量改變結構110a之外或代替所述流量改變結構110a的是，可使用第二環形壁64上的流量改變結構110a。

雖然流量改變結構110a已經被描述為被設置在第一同心流體凹槽74中或其上的圓周延伸腔體120a，但是本領域技術人員將明白的是，流量改變結構110a可稍微不同地形成。例如，流量改變結構110a'可形成在第一環形表面62a'上以便沿如圖16中所示的徑向方向延伸。在此實例中，流量改變結構110a'是與多個第一同心流體凹槽74相交的腔體120a'。

參考圖17和18，示出了根據本公開的教導構造的另一個外部殼體組件24b的部分。除流量改變結構110b形成在圓周延伸壁66b以及第一環形壁62b中的第一同心流體凹槽74中的徑向最外側凹槽74a二者上之外，外部殼體組件24b可類似于上文所述的任何外部殼體組件。在此實例中，每個流量改變結構110b包括第一部分和第二部分，所述第一部分由形成在圓周延伸壁66b的徑向內表面98中的腔體120b-1組成，所述第二部分由形成在第一環形壁62b中的第一同心流體凹槽74中的徑向最外側凹槽74a的第一根部表面76中的環形壁腔體120b-2組成。所提供的特定實例中的流量改變結構110b是經由端銑刀(未示出)形成，但是本領域技術人員將明白的是，流量改變結構110b也可以任何適當方式(包含澆鑄(例如，壓模澆鑄、熔模澆鑄、砂型澆鑄))形成。將明白的是，流量改變結構110b的大小、填充密度等可類似于與相似于上文針對前兩個實施例描述的流量改變結構的大小、填充密度。

參照圖19，具有以圖17的方式構造的外部殼體組件24b的設備10b被說明為在操作中，其中旋轉動力被提供至輸入軸20以驅動圓盤22，且閥100以打開狀態操作，所述打開狀態允許通過工作流體流動路徑從儲液器26至作業腔體60的流體連通。在操作中，通過工作流體流動路徑行進的流體在第一間隙90與第二間隙92之間遷移，且圓盤22相對于外部殼體組件24b的旋轉在第一間隙90和第二間隙92中的工作流體中產生剪切力。此剪切力產生扭矩，所述扭矩抵著外部殼體組件24b施加并且導致外部殼體組件24b圍繞縱向軸線A旋轉。剪切力還在工作流體中產生了熱量。第一間隙90和第二間隙92中的工作流體自身沿徑向向外方向逐漸工作直至其被容納在第三間隙94中。第三間隙94中的工作流體最終被引導至回流管線102的入口并且回流至儲液器26。歸因于工作流體的相對較高粘性自己第一間隙90、第二間隙92和第三間隙94的相對較小尺寸，工作流體流動路徑的延伸穿過作業腔體60的部分中的工作流體的雷諾數小于100，其明顯低于從層流至湍流的轉變，我們將所述轉變理解為以約2000的雷諾數發生。作為參考，我們進一步理解在約4000的雷諾數下將發生全湍流。

參考圖20，(在CFD軟件的輔助下產生)示出了經常規配置(即，現有技術)的粘性風扇離合器PAVFC的工作流體流動路徑中的工作流體的大幅放大部分。為了此討論的目的，除現有技術的粘性風扇離合器PAVFC不采用或不包括上述任何流量改變結構之外，現有技術的粘性風扇離合器PAVFC與圖19的設備10b相似。如所示，現有技術的外部殼體組件OHA的圓周延伸壁CEW的徑向內表面RIS與現有技術的轉子部分RP的外圓周表面OCS之間的工作流體的相對較厚且絕緣邊界層BL-1抵著現有技術的外部殼體組件OHA的徑向內表面RIS堆疊。邊界層BL-1的相對較厚大小限制了工作流體與現有技術的外部殼體組件OHA的徑向內表面RIS之間的熱傳遞。在此實例中，鄰近于現有技術的轉子部分RP的外圓周表面OCS的工作流體具有251℃的溫度，靠近邊界層BL-1的開始的指示點處的工作流體具有219℃的溫度，且鄰近于現有技術的外部殼體組件OHA的徑向內表面RIS的工作流體具有104℃的溫度。

參考圖21，圖19的設備10b的工作流體流動路徑中的工作流體的大幅放大部分是在輸入和輸出狀態下示出，所述輸入和輸出狀態與用于產生圖20中采用的數據的狀態相似。顯而易見的是，鄰近于流量改變結構110b的局部區域中的圓周延伸壁66b的徑向內表面98的工作流體的邊界層BL-2的厚度顯著更小，這大幅提高了熱量可從工作流體排放至旋轉的外部殼體組件24b的速率。在此實例中，鄰近于轉子部分30的外部圓周表面36的工作流體具有164℃的溫度，靠近邊界層BL-2的開始的指示點處的工作流體具有151℃的溫度，且鄰近于外部殼體組件24b的徑向內表面98的工作流體具有107℃的溫度。與圖20的現有技術的粘性風扇離合器PAVFC相比，橫跨在轉子部分30的外部圓周部分36與圓周延伸壁66b的徑向內表面98之間(在流量改變結構110b的局部區域中)的工作流體的溫度差是44℃，與現有技術的粘性風扇離合器PAVFC(圖20)獲得的差(即，115℃)相比降低了71℃。另外，由于排熱(從工作流體至外部殼體組件24b)的速率提高，設備10中的工作流體的最大溫度與現有技術的粘性風扇離合器PAVFC(圖20)相比降低了87℃。

圖22中的曲線圖描繪了一對粘性風扇離合器(第一或現有技術的粘性風扇離合器和根據本公開的教導構造并且具有流量改變結構的第二粘性風扇離合器)的輸入和輸出速度的等溫結合，其將這些離合器中的工作流體的溫度限制為預定最大溫度。在所提供的特定實例中，預定最大溫度是232℃，且因而，每個曲線圖(200、202)表示相應的一個離合器的操作速度界限(以滑動熱量馬力表達)，在超出所述界限時，硅酮工作流體將迅速降解，從而導致離合器出現故障。所述兩個曲線圖由描繪圖20的現有技術的粘性風扇離合器在其中的工作流體達到最大臨界溫度(即，現有技術的粘性風扇離合器的操作邊界)之前可承受的最大滑動熱量馬力的基線曲線圖202以及描繪圖19的粘性風扇離合器在工作流體達到最大臨界溫度(即，圖19的粘性風扇離合器的操作邊界)之前可承受的最大滑動熱量馬力的另一個曲線圖200組成。每個曲線圖將相應的一個粘性風扇離合器的最大滑動熱量馬力描繪為粘性風扇離合器的輸入速度以及風扇離合器的風扇或輸出速度的函數。每次測試CS-47438.0對以下風扇均產生數據：由BorgWarner公司以零件編號010023275(英寸^x9^x2.52英寸)和英寸(660.4mm直徑)的環護罩制造的風扇結合由BorgWarner以零件編號010026784生產的現有技術的型號664粘性風扇離合器(其用于產生基線曲線圖202)或結合由BorgWarner以零件編號010026784生產并且如圖19的實例中所述般修改的型號664粘性風扇離合器。線(即，50％的線210)描繪了其中粘性風扇離合器的風扇或輸出速度是粘性風扇離合器的輸入速度的一半(即，50％)的情形。如根據兩個曲線圖202和200明白，現有技術的粘性風扇離合器PAVFC(圖20)的最大滑動熱量馬力在其中基線曲線圖202與50％線210相交之處是3.4HP，而根據本公開的教導構造的粘性風扇離合器10b(圖19)的最大滑動熱量馬力在其中曲線圖200與50％線210相交之處是4.0HP。最大滑動熱量馬力的0.6HP增加與可直接歸因于由本公開的教導提供的改進的排熱能力相比提高了17％。

鑒于上述討論，提供了一種方法，其包括：提供具有外部殼體組件、圓盤和儲液器的設備，所述外部殼體組件具有作業腔體，所述圓盤可在外部殼體組件中旋轉，所述圓盤具有可旋轉地容納在作業腔體中的轉子部分，所述作業腔體與儲液器流體連通；在所述外部殼體組件內旋轉所述轉子以產生流過作業腔體的所述作業流體并且施加剪切力于流過作業腔體的所述作業流體；以及在外部殼體組件上的其中工作流體的流量通過作業腔體的多個分散位置處，沿橫行于作業流體的鄰近于第一環形表面的邊界層的方向，在外部殼體組件上的多個分散位置處引發作業流體的移動。外部殼體組件上的位置可為其中工作流體通過作業腔體的流量具有小于100的雷諾數的位置。

第一表面可形成在外部殼體組件的環形壁上。另外或替代地，第一表面可形成在外部殼體組件的圓周延伸壁上。因而，所述方法可進一步包括隨著作業流體在設備的操作期間通過作業腔體而在鄰近于作業流體的第二表面的第二區域中的作業流體的層流中引發湍流。

所述方法可進一步包括在外部殼體組件上形成多個流量改變結構。流量改變結構可與外部殼體組件的限定多個同心流體凹槽的部分形成為一體，且流動改變結構可選用地形成為腔體。如果流量改變結構形成為腔體，那么所述方法可進一步包括澆鑄外部殼體組件的至少一部分，其中當外部殼體組件的部分被澆鑄時在外部殼體組件的部分上形成腔體的至少一部分。另外或替代地，所述方法可進一步包括去除外部殼體組件的部分中的材料以形成腔體的至少一部分。可在選自由以下項組成的組的操作中去除外部殼體組件的部分中的材料：研磨、鉆孔、蝕刻、拉削和放電加工。

另外或替代地，所述方法可進一步包括在選自由以下項組成的組的操作中形成外部殼體組件的部分：沖壓、壓印、鍛壓、精密沖裁和滾花以形成一個或多個流量改變結構。

為了說明和描述目的已提供實施例的前述描述。前述描述不旨在窮舉或限制本公開。特定實施例的個別元件或特征大體上不限于特定實施例，但是如果合適的話是可互換的并且可在選定實施例中使用，即便沒有具體示出或描述。同樣這也可以按照許多方式改變。這樣的變化不應被視為脫離本公開，且所有這樣的修改旨在被包括在本公開的范圍內。