功能梯度材料激光快速成形同轴送粉系统设计

为了实现金属功能梯度材料激光快速成形制造,开发和研制了激光快速成形同轴送粉系统.该系统基于模块化设计思想,采用负压式气力输送原理,实时变比例进粉和同轴喷粉方法进行激光制备金属功能梯度材料零件.研究了三种金属粉末实时变比例分配、粉末均匀混合和同轴喷射技术,推导出进粉时的实时变配比公式,并进行了试验研究.结果表明送粉系统送粉量稳定、均匀,喷嘴喷射会聚性良好.     

水流对聚焦波特性影响的数值模拟

为了研究水流对聚焦波浪特性的影响规律,利用势流理论建立了聚焦波和水流混合作用的完全非线性数值水槽模型,在时域内利用高阶边界元方法进行模拟,并采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面.通过实时模拟造波板运动在均匀水流中产生聚焦波浪.通过对比发现,该数学模型可以准确模拟聚焦波浪的传播变形过程,并进一步研究了水流对聚焦波的影响,包括对聚焦波浪峰值、聚焦位置和聚焦时间的影响等.     

激光熔覆快速成形光内送粉方式的研究

针对目前激光熔覆快速成形所采用的单粉管光外侧向送粉和多粉管光外侧向同轴送粉两种方式的不足,介绍了光内同轴送粉工艺下的激光束与粉末相互作用过程.     

环管喷射干燥器的流体力学研究

采用等动力取样法和改进的BS1型皮托管测定了加料条件下环管干燥器的流体力学性能.试验条件:送气量200～275 m3/h,加料量0～3 kg/h.试验表明:在送气量一定时,物料的加入导致气体的循环比下降,环管的总压降也随之减少;颗粒的循环比基本上不受送气量和加料量的影响;随加料量的增加,固气质量比显著增加,但基本不随送气量变化.通过试验观察到在气固混合室内颗粒存在粘壁现象,认为喷嘴的结构是主要的影响因素.     

激光熔敷中粉末粒子流对光能吸收的研究

在分析同轴非载气送粉激光再制造中能量分配的基础上，建立光束能量被粉末粒子束吸收、被基体吸收和损耗的物理模型，利用能量守恒的原理和光能离散化的模型，推导出激光束与粉末作用效率的定量关系表达式，并系统地研究粉末粒子云对激光来衰减的各种影响因素，结合相关的物理特性、工艺参数进行的计算并对结果做了分析，从而给优化覆层质量和进行智能控制提供了理论依据．     

成分/性能连续变化梯度材料激光成形送粉系统设计

针对成分及性能连续变化功能梯度材料(以及功能零件)激光成形制造工艺对多粉末束流成分及送粉量需实时变化的难点,研制开发粉末输送量连续可变的四路联动送粉系统;阐述了该系统的机械设计及电气控制原理;通过Fe313合金粉末输送工艺试验,实现送粉量的多斜率线性函数连续变化;使用Ni25自熔合金粉末,采用6kW CO2激光器,进行熔覆工艺试验,获得了厚度连续变化的单道熔覆层.     

3DP工艺中铺粉过程建模与仿真研究

在3DP工艺中,粉体材料的铺设质量直接影响制件精度.将粉末看作一系列独立运动的离散颗粒的集合,通过建立的数学模型,分析颗粒的受力情况,计算出位移量,实现了采用颗粒集模拟整个铺砂过程.应用基于离散元方法的EDEM软件进行铺粉过程的建模仿真,分别模拟了铺粉辊的旋转方向、大小、水平速度、转速和颗粒大小对铺粉过程的影响.通过仿真实验得出:铺粉辊水平速度对粉层致密度和孔隙率影响最大,随着其速度的增大,使得粉层致密度降低,孔隙率增大,降低了打印精度.本文的仿真研究为实际工艺生产提供了一定的理论依据,为铺粉参数的优化打下了基础.     

激光快速成型送粉器及其特性

针对激光快速成型送粉器进行了研究,讨论了激光快速成型技术和工艺中所要涉及到的关键问题,指出送粉器的送粉特性对激光快速成型质量会产生决定性的影响. 以现有的6种送粉器为例,详细说明了送粉器的几种典型送粉原理. 最后列表分析了此类送粉器在原理、特性及应用上的异同. 分析结果表明:需要研制小载流气体流量(<1L/min)、能输送更小颗粒粉末(尺寸<1m)的送粉器,例如纳米相级送粉,并对送粉原理进行进一步改进.     

大面积激光自动涂敷系统及其工业应用

为解决冶金轧辊大面积激光涂敷的需要,研制了一套宽带激光自动涂敷系统．它由宽带扫描转镜和自动喷粉机组成,适用激光功率１～１０ｋＷ,既可用于宽带涂敷,又可直接用于聚焦窄带涂敷;单道一次涂敷宽度１０～３５ｍｍ连续可调,涂敷厚度０．２～８ｍｍ可控;送粉量０．５～２００ｇ／ｍｉｎ连续精密可调,送粉精度＜２％．它不仅适用于普通送粉,而且也适用于特殊条件下的微量送粉和大粉量送粉．送粉材料适应性广,不仅用于一般Ｎｉ基、Ｆｅ基等粉末,而且能用于ＷＣ、ＴｉＮ等硬质合金粉、Ｃｕ粉和超细微陶瓷粉,如Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２等,粉末粒度１６～１５０μ,送粉利用率高达９８％以上．该套系统采用专利结构制成,结构紧凑,外形美观,已用于轧辊的大面积涂敷和激光淬火、汽车凸轮轴激光淬火和熔凝处理、轧辊和曲轴等零件表面补焊等方面．     

环管喷射干燥器的流体力学研究

采用等动力取样法和改进的ＢＳ－１型皮托管测定了加料条件下环管干燥器的流体力学性能,试验条件,送气量２００￣２７５ｍ＾３／ｈ,加料量０￣３ｋｇ／ｈ,试验表明,在送气量一定时,物中入导致气体的循环比下降,环管的总压降也随之减少,颗粒的循环比基本上不受送气量和加料量的影响;随加料量的增加,固气质量比显著增另,但基本不随送气量变化,通过试验观察到在气固混合室内颗凿存在粘壁现象,认为喷嘴的结构是主要的影响因     

气动喷射数值仿真分析

利用CFD软件Fluent建立数学物理模型,运用欧拉法和拉格朗日方法相结合的计算模型对离散相模型(DPM)进行三维数值模拟。研究当进口处空气速度为60m/s时,不同直径的固体颗粒在喷管外部流场的轨迹和横截面上的分布。仿真得到以下结论:在固体颗粒从喷管喷出后短距离内,固体颗粒大体上呈现圆锥状喷射,喷射的锥角随颗粒的减小而逐步减小;颗粒直径减小时,长轴半径接近短轴半径,逐步过渡为圆形。     

自激振荡脉冲射流装置的频率特性

基于流体网络理论建立了自激振荡脉冲射流装置的相似网络模型,数值计算分析表明,该喷嘴装置具有压力谐振特性和低通滤波特性,在系统固有频率附近,压力响应幅值最大,其固有频率主要由喷嘴形状、结构参数和射流中压力扰动波波速决定,流体压力、振荡腔长、下喷嘴大小和空隙度等对系统的频率特性影响很大,存在产生最大谐振峰值的参数范围,理论分析与实验吻合。提出了相应的自激振荡脉冲振荡喷嘴设计准则,即喷嘴装置的固有频率应接近来流脉动主频。     

激光熔覆过程光束能量衰减的模拟

为了应用能量守恒对同轴送粉激光熔覆中的熔覆层性能进行精确计算,研究了激光束穿过粉末云时能量的衰减现象和衰减规律.利用流体软件模拟实际喷嘴喷粉的过程,并利用有限元软件模拟激光束穿过粉末云的能量衰减规律,得到了激光-粉末相互作用区域内粉末云质量浓度随z轴的分布曲线,以及不同激光功率下和不同粉末云质量浓度下,从喷嘴出口到基材之间粉末云对激光衰减率的变化曲线.结果表明:激光束穿过粉末云的过程中,未到粉末交汇处时光强衰减较弱,汇聚处能量衰减明显.对衰减率进行定量研究可以很好地用于熔池温度场的精确计算.     

Water modeling of mold powder entrapment in slab continuous casting mold

The optimal parameters were determined by the water modeling of slab casting. It was found that there are mainly three types of mold powder entrapment in slab continuous casting, i.e., the entrapment caused by the shearing flow near the narrow face of mold, the entrapment caused by vortexes around the submerged entry nozzle (SEN), and the entrapment caused by the Ar bubbling. Both the velocity of the surface flow and the level fluctuation of the liquids are enlarged with increasing the casting speed, reducing the submersion depth of SEN, decreasing the downward angles of the nozzle outlets, and increasing the Ar flowrate, all of which in- crease the tendency of mold powder entrapment. Among the four above-mentioned factors, casting speed has the largest effect.     

三牙轮钻头井底漫流速度计算探讨

在喷射钻井过程中,井底漫流速度是清除井底岩屑、净化井底的主动力。应用流体力学的基本原理,在垂直半喷嘴射流井底平面的点源散射物理模型,以及倾斜单喷嘴射流井底平面的源－汇叠加物理模型的基础上,对三牙轮钻头的三倾斜组合射流的井底平面漫流场建立了源－源叠加的物理模型,从而推导出了数学计算式。计算式中几乎包括了三牙轮钻头所有与井底漫流场有关的设计和应用计算参数。通过编制的计算机软件的计算结果表明,井底平面漫流速度和分布与实际和实验结果吻合。理论计算为三牙轮钻头的设计和水力参数设计提供了理论依据。     

沙尘天气模拟系统混合段长度计算

应用气固两相流理论计算了沙尘天气模拟系统颗粒自由悬浮速度和混合段长度,利用FLUENT对该系统气固两相流场进行了数值模拟,其中连续相、颗粒相分别采用k-ε湍流模型和离散相模型,相问作用采用随机跟踪模型.结果表明,连续相流场分布规律与理论设计吻合较好,颗粒相浓度场分布可达到试验设计要求.     

电厂输煤皮带落煤点吸尘装置的数值模拟与实践

对密闭罩内的湍流气-固两相流动进行了数值模拟。将气相作为连续介质,采用标准的k-ε双方程模型,并用SIMPLE算法对流场进行数值模拟;将固相作为离散相体系,采用离散相模型(DPM)的非偶合法追踪颗粒运动轨迹。通过对颗粒运动轨迹的分析,对该吸尘装置提出了改进措施,并进行了工业性试验,实际效果良好。     

电厂输煤皮带落煤点趿尘装置的数值模拟与实践

对密闭罩内的湍流气．固两相流动进行了数值模拟。将气相作为连续介质，采用标准的k-ε双方程模型，并用SIMPLE算法对流场进行数值模拟；将固相作为离散相体系，采用离散相模型（DPM）的非偶合法追踪颗粒运动轨迹。通过对颗粒运动轨迹的分析，对该吸尘装置提出了改进措施，并进行了工业性试验，实际效果良好。     

高压除鳞喷嘴内部流场数值模拟与仿真分析

针对目前工厂广泛使用的高压除鳞喷嘴，应用前处理软件Gambit建立其内部流场的三维模型，采用Fluent软件提供的Laminar层流模型对不同结构参数的喷嘴内部不可压缩、稳态、层流流场进行了数值模拟，并分析了各参数对其流场速度分布、压力分布和出口轴心速度的影响。仿真值与理论计算值十分接近，数值模拟结果表明，喷嘴收缩角和直径对其内部流场影响较大，而扩张角对其内部流场影响相对较小，但各参数都存在最优值，且各参数之间也存在着最优搭配使射流打击效果最好。