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.     

多功能超音速火焰喷涂粒子特性的数值模拟

通过建立多功能超音速火焰喷涂火焰流场的数值模型,对超音速火焰喷涂粒子的速度特性和温度特性进行数值模拟,其结果揭示了多功能超音速火焰喷涂粒子的速度和温度的变化规律.根据数值模拟结果分析了粉末粒度对火焰焰流速度和温度的影响,用不同粒度参数重复模拟计算,这对喷涂粉末的加速和加热性能具有重要意义.     

NiCr-Cr3C2超音速火焰喷涂的涂层性能

为配合干熄焦余热锅炉(CDQ锅炉)的开发和制造,保证CDQ锅炉过热器受热面管子在含焦粉粒的烟气中长期安全使用,通过试验,采用超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2粉末对受热面管子表面进行喷涂加工,确认涂层各项性能及指标满足设计要求。为后续的CDQ锅炉制造作了技术准备,现制作的首台CDQ锅炉已投入使用,取得了较好的效果。     

超音速火焰喷涂流场有限元分析

在液体火箭发动机原理的基础上,建立了超音速火焰喷涂过程全流场分析模型,对KY-HVO(A)F多功能超音速火焰喷涂系统进行了流场分析,得到了HVOF与HVAF两种状态下燃气的速度、温度分布,分别体现了燃气欠膨胀与过膨胀的特点。在HVOF状态计算结果中有8个马赫锥而实际焰流照片中有8～9个马赫锥,所处位置基本对应,可以合理解释喷涂过程的激波现象,不同截面上的速度分布,体现了燃气速度在径向截面上的自模特性。     

超音速火焰喷涂Ni-CeO2复合涂层的数值模拟及耐磨耐腐蚀性能

超音速火焰喷涂因其制备的涂层具有优异性能而被航空航天、石油化工等领域广泛使用,其工艺参数较为复杂且对涂层质量具有重要影响,但对其制备Ni基涂层的工艺参数选择及涂层性能研究相对较少。采用数值模拟的方法对超音速火焰喷涂Ni基涂层进行模拟,并对焰流与粒子特性进行分析;利用模拟指导试验,在316L不锈钢基体上成功制备Ni-CeO₂复合涂层;对复合涂层组织形貌及耐磨耐腐蚀性能做进一步研究。研究结果表明：当氧气煤油比等于3,注入颗粒粒径在20～80μm时,喷涂工艺最优;在添加CeO₂后,复合涂层的耐磨性能耐腐蚀性能均得到提升,且当CeO₂含量为1 wt.%时,涂层硬度最大,摩擦因数最低,其摩擦因数相较于基体降低了39.8%,相较于Ni基涂层降低了22.2%,其耐磨性能相较于Ni基涂层提升了62.5%。探究了超音速火焰喷涂工艺参数对喷涂系统状态的影响,分析了添加CeO₂在复合涂层中的作用,对超音速火焰喷涂Ni-CeO₂复合涂层具有引领与推动作用。     

超音速火焰喷涂枪的研究

利用理论分析与实验相结合的方法,在比较和借鉴国外相近喷枪的基础上,对喷枪结构参数进行了选择,对喷枪的实际性能进行了估算。将在此基础上设计出的喷枪进行点火试验,得到的实测值与估算值吻合得很好。这证明了喷枪的结构设计合理,性能的估算比较准确,从而为设计和改进喷枪结构,提高喷枪的性能提供了可靠的理论依据。     

超音速火焰喷涂镍基涂层颗粒沉积特性的数值模拟

目的 考虑后续不同粒径颗粒随机冲击的影响,探索热喷涂涂层颗粒的沉积特性。方法 利用ABAQUS建立颗粒与基底冲击模型,通过颗粒冲击的凹坑深度和应力分布进行网格收敛性研究。通过实验验证模型的可行性。随后,应用验证模型研究颗粒以不同入射角和速度冲击基底时的沉积特性,以及4个颗粒重叠冲击基底及多颗粒随机冲击基底表面时的沉积特性。结果 在颗粒入射角从15°增至60°时,颗粒更好地附着于基底表面;当颗粒速度从350 m/s增至500 m/s时发生了溅射现象,可能造成绝热剪切失稳现象,形成有效结合;在4个颗粒冲击基底时,第2个颗粒对第1个颗粒及基底的影响都最明显;当多颗粒随机冲击基底时,在后续颗粒的冲击和沉积作用下,填充颗粒的形状不规则,同时第1层颗粒可能与基底形成机械咬合。结论 在超音速火焰喷涂时应当倾斜一定角度,同时提升颗粒速度,这对制备涂层更有利;在颗粒重叠冲击时,后续颗粒增大了第1个颗粒的压缩效果,且更深入地嵌入不锈钢基底,这有利于颗粒与颗粒之间的后续黏结;当多颗粒随机冲击基底时,在第1层沉积颗粒与基底之间,以及涂层内相邻颗粒之间均观察到高塑性应变,表明涂层出现黏结,同时后期沉积的颗粒未完整压缩变形。     

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。     

超音速火焰喷枪设计理论与数值模拟的研究进展

超音速火焰喷涂作为热喷涂领域的新技术具有粒子飞行速度高 ,涂层质量好等优点。本文在介绍了超音速火焰喷涂的原理、特点、应用的基础上 ,阐述了国内外超音速火焰喷枪结构设计的研究进展 ,分析了目前国际上流行的六种喷枪结构的特点 ,综述了用数值模拟的方法探讨喷嘴内外焰流的工作状态、焰流及粒子的压力场、速度场与温度场的变化规律 ,从而为超音速火焰喷涂技术的发展和超音速喷枪的优化设计提供基础     

激光重熔超音速火焰喷涂Cr3C2-25％CrNi层的数值分析及实验验证

利用ANSYS软件建立激光重熔超音速火焰喷涂(HVOF)层的有限元模型,进行温度场的仿真模拟,考察激光重熔工艺参数对温度场分布的影响,结果表明单向匀速扫描过程中引起的热量积聚,通过双向扫面、变速扫描等方式可以解决.通过实验验证了模型的有效性,分析发现激光重熔能有效改善超音速火焰喷涂涂层的质量,根据仿真结果和试验可确定合...     

超音速火焰喷涂及涂层性能简介

本文简要介绍了超音速火焰喷擦的原理、发展状态；比较了超音速火焰喷涂层、等离子喷涂层，爆炸喷涂层、自熔合金喷熔层以及电镀硬铬层的硬度和耐磨损性能；介绍了超音速火焰喷涂层的部份应用实例及其应用效果。     

不同助燃条件下超音速火焰喷涂的燃烧特性

运用FLUENT软件,在气体-颗粒两相流基础上,计算了纯氧气、空气、氧-空气联合助燃3种情况下超音速火焰喷涂的燃烧特性.结果表明:纯氧气助燃时燃烧充分,焰流温度高,但氧气质量流量增加对焰流温度影响很小;空气助燃时所用空气流量大,导致燃烧室压力大,故适宜喷涂低熔点、易氧化粉末材料;氧-空气联合助燃时,氧气含量越大,焰流能达到的最高温度越高,但当氧气含量达到一定比例后可完全替代纯氧助燃;助燃气体中氧气含量的不同间接影响燃烧产物成分分布.     

激光重熔超音速火焰喷涂Cr3C2—25％CrNi层的数值分析及实验验证

利用ANSYS软件建立激光重熔超音速火焰喷涂（HVOF）层的有限元模型,进行温度场的仿真模拟,考察激光重熔工艺参数对温度场分布的影响,结果表明单向匀速扫描过程中引起的热量积聚,通过双向扫面、变速扫描等方式可以解决。通过实验验证了模型的有效性,分析发现激光重熔能有效改善超音速火焰喷涂涂层的质量,根据仿真结果和试验可确定合理的激光重熔工艺参数。最后,讨论了激光工艺参数对涂层组织和性能的影响。     

超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr涂层磨粒磨损行为

采用橡胶轮磨损实验机，对不同工艺条件下三种类型粉末制备的HOVF Cr3C2-25％NiCr涂层进行了磨粒磨损实验，发现该涂层的磨损失重量与磨程基本呈现线性关系，磨损率远低于低碳钢。氧气流量，燃气流量适中的条件下制备的涂层磨损率较低，用团聚致密化工艺制备的粉末沉积的涂层耐磨粒磨损性能较好，涂层的磨损机制主要为先期的粘结相优先切削和随后的碳化物剥落，其中碳化物的剥落对磨损过程起制约作用。     

超音速火焰喷涂的火焰速度特性

本文介绍了超音速火焰喷涂系统的火焰特性。试验结果表明在使用氧气和丙烷燃气时．可在较大的压力和流量范围内,获得超音速火焰。喷枪出口火焰的速度可达1500m／s以上。根据火焰射流照片中的马赫锥角来计算马赫数,并依据火焰的其它参数估算出火焰的速度。     

等离子喷涂与超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层组织与摩擦磨损性能研究

目的 研究等离子喷涂与超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层的组织、力学性能和摩擦磨损性能。方法 采用等离子喷涂与超音速火焰喷涂工艺制备NiCr-Cr3C2涂层,并采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、万能试验机、显微硬度计和高速往复摩擦磨损试验机,系统地分析了两种工艺所得涂层的物相、组织、结合强度、硬度及摩擦磨损性能。结果 两种工艺制备的NiCr-Cr3C2涂层与基体界面结合效果良好。等离子喷涂NiCr-Cr3C2涂层为层片状组织,层间可见微裂纹,孔隙率较高;超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层组织均匀,无明显微裂纹,可见少量微小孔隙。物相分析表明,等离子喷涂涂层由NiCr、Cr3C2和Cr7C3相组成,而超音速火焰喷涂涂层由NiCr和Cr3C2相组成。超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层的耐磨性优于等离子喷涂涂层,等离子喷涂涂层和超音速火焰喷涂涂层的稳态摩擦系数分别为0.4和0.6。随载荷升高,两种工艺制备的NiCr-Cr3C2涂层摩擦系数均显著下降。磨损后,等离子喷涂NiCr-Cr3C2涂层表面具有明显的凹痕和剥落,而超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层磨痕表面较光滑,未见明显剥落。两种工艺制备的涂层磨损机制均为磨粒磨损和疲劳磨损。结论 超音速火焰喷涂NiCr-Cr3C2涂层较等离子喷涂涂层组织更为致密,具有更为优良的综合力学性能和耐磨性,等离子喷涂制备的NiCr-Cr3C2涂层的减摩性较好。     

SHS反应火焰喷涂粒子与基体的碰撞及其数值模拟

以Ti-B4C-C为反应喷涂体系，通过碰撞实验和ANSYS有限元分析方法，研究了反应火焰喷涂TiC-TiB2复相涂层时，喷涂粒子与基体碰撞形成摊片的温度变化情况及其对涂层与基体结合的影响。研究表明，完成自蔓延反应、处于熔融状态的喷涂粒子与基体碰撞形成的摊片各部分温差较大，温度较低，不易使基体表面熔化，难以与基体形成良好结合；自蔓延反应进行中的喷涂粒子与基体碰撞形成的摊片各部分温差较小，温度较高，能较好地实现与基体的结合。模拟结果与实验结果基本吻合。     

超音速火焰喷涂FeCrSiB涂层的腐蚀行为

采用超音速火焰(high velocity oxygen fuel,HVOF)喷涂技术在Q235钢基体上制备了FeCrSiB合金涂层.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、电化学工作站等设备对涂层的显微组织结构和耐腐蚀性进行了研究.结果表明,采用HVOF喷涂技术制备的FeCrSiB涂层结构致密,孔隙率为0.65%,与基体结合良好.FeCrSiB涂层在3.5%NaCl溶液、1 mol/L HCl溶液和1 mol/L NaOH溶液中都经历了活性溶解-钝化-过钝化的过程,且该涂层在3.5%NaCl溶液和1 mol/L HCl溶液中的耐腐蚀性能要优于镀铬层,在1 mol/L NaOH溶液中的耐腐蚀性能低于镀铬层.     

SHS反应火焰喷涂粒子与基体的碰撞及其数值模拟

以Ti-B4C-C为反应喷涂体系,通过碰撞实验和ANSYS有限元分析方法,研究了反应火焰喷涂TiC-TiB2复相涂层时,喷涂粒子与基体碰撞形成摊片的温度变化情况及其对涂层与基体结合的影响.研究表明,完成自蔓延反应、处于熔融状态的喷涂粒子与基体碰撞形成的摊片各部分温差较大,温度较低,不易使基体表面熔化,难以与基体形成良好结合;自蔓延反应进行中的喷涂粒子与基体碰撞形成的摊片各部分温差较小,温度较高,能较好地实现与基体的结合.模拟结果与实验结果基本吻合.