超音速火焰喷涂气固两相流的数值模拟

从两相流的基本理论和输运方程出发,建立超音速火焰喷涂过程的气固两相流场的数学模型,以FLUENT软件为计算平台,采用k-ε湍流模型模拟湍流流动,采用非预混燃烧模型设置反应过程,模拟气态流场的流动特性,研究喷涂过程中燃烧反应、燃烧物质含量比等参数对气态流场的影响;采用离散相模型中颗粒随机跟踪轨道模型计算喷涂颗粒的动力学飞行行为,研究颗粒大小与颗粒注射速度对颗粒动力学行为的影响,为以后喷涂工艺参数的选取和FLUENT在喷涂模拟中的广泛应用提供有用信息.结果表明:当煤油与氧气含量比为3时,焰流速度与温度场最好;随颗粒直径的增大,颗粒的加速度减小;速度为25 m/s以上的颗粒出现了与壁面的撞击行为.     

HVOF和冷喷涂——世界热喷涂新技术

低速燃烧热喷涂依靠氧—燃料火焰 (氧—乙炔、氧—丙烷、氧—氢 )熔化喷涂材料。燃烧温度约 30 0 0℃ (5 4 30 ) ,这与氧燃料比有关。喷涂粒子速度约 4 0～ 10 0ｍ/ｓ,相对其他热喷涂方法较低 ,速度与粒子密度、形状和特征有关。高速氧燃料ＨＶＯＦ热喷涂中的燃料为丙烯、丙烷、天然气、氢、乙炔和煤油 ,最新的ＨＶＯＦ喷枪的气体速度超过 2 10 0ｍ/ｓ(70 0 0ｆｔ/ｓ) ,一般较老的喷枪速度为 136 0ｍ/ｓ(45 0 0ｆｔ/ｓ)。喷涂粒子速度达 4 0 0～ 80 0ｍ/ｓ(132 0～ 2 6 0 0ｆｔ/ｓ)。燃烧温度与低速热喷涂相近。可适用于ＷＣ -Ｃｏ、Ｎｉ -…     

Ti-B4C-C系在火焰喷涂时的SHS过程

以Ti—B4C—C为反应喷涂体系，依托SHS反应火焰喷涂制备TiC—TiB2复相陶瓷涂层技术，通过水淬熄实验，截取了喷涂过程中飞行不同距离的粒子，观测了不同飞行距离下，中间状态反应产物的宏观特征、成分和组织结构及其变化过程，理论探讨了复合粉体在氧．乙炔火焰焰流中的飞行燃烧过程与反应机理。研究表明，中间状态的反应产物按其宏观特征出现了完全熔融的实心陶瓷液滴、完全熔融的空心陶瓷液滴、表面熔融芯部未熔的陶瓷颗粒和完全未熔的陶瓷颗粒4种。其飞行燃烧过程机理是：SHS反应始于钛粉的熔化，对位于火焰焰流芯部的中小尺寸喷涂团聚颗粒，其燃烧合成受扩散和毛细管机制控制，以爆燃方式进行；对位于火焰焰流外围的较大尺寸喷涂团聚颗粒，其燃烧合成受组元熔解析出机制控制。     

C_3H_8+H_2混合气体超音速火焰喷涂燃烧过程数值模拟

采用FLUENT软件模拟氧-混合气体燃料超音速火焰喷涂(HVOF)过程。随着计算机技术的发展,对HVOF的燃烧状态和气体流场的模拟成为近年来的研究热点。但到目前为止,对于混合燃料组分的燃烧过程的研究还有待深入。以丙烷和氢气的混合气体为燃料,开展HVOF的燃烧过程数值模拟,并将模拟结果与纯丙烷气体燃烧过程的气体流场模拟结果进行对比。进一步对90 mm喷管和110mm喷管长度条件下的HVOF的燃烧状态和气体流场状态进行对比研究。结果表明,混合气体中氢气的加入使得燃烧体具有能量密度高、热量产生集中等优点,对燃烧过程和气体流场的集中有重大影响;加长喷管对于气体流场产生的约束力更大,燃烧室内燃烧更充分,同时在喷枪出口处产生明显的激波。     

双丝电弧喷涂Ni-Al过程金属熔滴行为

对双丝电弧喷涂Ni-Al过程进行了研究。利用VOF双相流模型和标准k-ε模型,分析了不同直径熔滴在不同雾化气体压力下的变形和破碎过程,以及Weber数对熔滴破碎过程的影响。同时对不同速度的熔滴撞击基体的变形和凝固温度场进行了详细分析,揭示了双丝电弧喷涂粒子速度的飞行动力学规律。计算结果显示:双丝电弧喷涂熔滴破碎形式为一次破碎和二次破碎形式及爆炸式破碎形式。Weber数与雾化气体压力呈近似线性关系。提高雾化气体压力可以提高熔滴飞行速度,改善熔滴雾化效果。双丝电弧喷涂粒子在雾化气体中的初始加速较快,然后趋于平缓和稳定。当喷涂粒子加速飞行距离为200 mm,且粒子的粒度范围为5~50μm时,喷涂粒子的飞行速度仅能达到初始气流速度的15%~45%。熔滴的形态、凝固层变化和温度场变化一致,并获得了熔滴冷却速度范围为3.1×107~7.6×107 k/s。     

碰撞对喷涂陶瓷涂层粒子的影响

通过Ti-B4C-C喷涂体系的自蔓延反应火焰喷涂TiC-TiB2复相陶瓷涂层试验,研究了喷涂过程中处于自蔓延反应状态的飞行粒子与基体的碰撞行为,分析了飞行粒子的反应中间状态及其与基体碰撞变形形态,揭示了碰撞造成粒子自蔓延反应终止的本质原因.结果表明,飞行粒子的自蔓延反应是由表向内进行的,碰撞极大地影响飞行粒子的自蔓延反应进程,由于碰撞压缩弹性波作用、接触物理介质突变和热传导快速凝固等三方面作用导致飞行粒子的自蔓延反应终止.     

等离子喷涂纳米团聚体粉末热力耦合的有限元数值模拟

采用有限元软件中的间接热力耦合方法,建立等离子喷涂纳米团聚体ZrO2-7%Y2O3(质量分数)粉末热力耦合有限元模型,对喷涂过程中粉末的热应力进行研究,分析粉末直径和喷嘴出口处等离子焰流温度对粉末应力的影响。同时进行相应的等离子喷涂试验,并从理论上分析喷涂过程中粉末破碎的原因及破碎机理。结果表明:在等离子喷涂过程中,粉末中心存在较大的拉压力,随着粉末飞行时间的增加,粉末中心拉应力先增加后减小;粉末直径越大,粉末中心最大拉应力越大,出现最大拉应力的时间越晚;喷嘴出口处等离子体温度越高,粉末中心的最大拉应力也越大,而出现最大拉应力的时间没有明显差别;等离子喷涂纳米涂层的表面有3类组织,单个或少量纳米粒子团、以亚微米级尺度为主的小球以及较大尺度的不规则体;这3类组织是由等离子喷涂过程中纳米团聚体粉末内部较大的拉应力而引起粉末破碎形成的,其破碎形式与爆炸破碎机理相符。     

HVOF热喷涂技术

高速氧燃料 ( HVOF)工艺是基于一高压内燃系统 ,与微型火箭引擎相似。喷涂过程中 ,燃料与氧混合产生温度为 2 80 0℃的超声气流 (大于 2 0 0 0 m/ s) ,燃料包括煤油 ,氢气 ,丙烯 ,丙烷 ,乙炔 ,甲基乙炔 ,天然气。将粉末引入燃烧出料室热焰中 ,可在几乎无限制的各种基体上产生涂层。此涂层具有较高硬度和耐久性 ,与基体结合坚固 ,厚度范围大。可用于 HVOF热喷技术的材料主要有以下几类 :1 ) WC材料　WC-Co是最早用于 HVOF工艺的 WC材料 ,目的是为获得耐磨性。由于不需显著熔化就能沉积形成有效耐磨面 ,几乎所有类型的 WC材料都适合 …     

超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr粒子行为试验研究

采用DPV-eVOLUTION型热喷涂监控装置对超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr过程中的粉末粒子特性进行研究,重点分析喷涂工艺参数对火焰中粒子的温度、速率的影响规律。结果表明:粒子速率、粒子温度和粒子直径并不沿火焰中心线对称分布;在喷涂过程中,直径较小的颗粒可以获得更高的速率;当喷涂距离增加时,粒子的速率和温度均存在极大值;气体流量的增加导致粒子温度和速率同时提高。     

自蔓延反应火焰喷涂TiC-TiB2复相陶瓷涂层的水淬熄试验

用水淬熄法研究了Ti-B4C-C系自蔓延高温合成（SHS）反应火焰喷涂TiC-TiB2复相陶瓷涂层的反应过程与机理.结果表明,在喷涂过程中喷涂团聚颗粒各组元间、各组元与环境间存在多种反应的竞争,团聚颗粒飞行距离不同,反应得到的产物不同.喷涂的最佳距离为180mm,此处获得的球形粒子（陶瓷液滴）数量最多,团聚粉熔融最充分,获得的球形陶瓷液滴数量最多,形成的目标产物最理想.陶瓷液滴的形成始于钛粉的熔化,并通过扩散和毛细管作用向B4C和C颗粒渗透和浸润,经过自蔓延反应能量积累,最后SHS爆燃完成.当陶瓷液滴遇水淬熄后将以柱状方式结晶成毛线团状,可以用熔渣正规离子溶液模型描述液滴的结构.