基于后混合式磨料水射流磨料颗粒运动研究

为了改善后混合式磨料水射流的切割性能,以固液两相流理论为基础,通过FLUENT模块对喷嘴内磨料的运动进行建模和数值分析。以聚焦管内的单个颗粒为研究对象,优化传统的颗粒相控制模型,获得磨料颗粒在喷嘴内基本的运动情况。研究表明,磨料颗粒吸入混合腔后通过各相之间的碰撞进入高压射流,形成液固两相流。两相流形成初期,磨料颗粒的速度在高压水射流的携带作用下迅速上升。由于混合腔内部结构突变等原因,颗粒相速度浮动较大且处于非稳态。当颗粒通过收敛段进入聚焦管后,颗粒相速度以指数形式逼近射流相速度并逐渐稳定。但由于存在沿程能量损失等因素,颗粒相速度与射流相速度始终存在滑移,最终颗粒相速度仍略小射流相速度。     

基于ANFIS的磨料水射流切割模型

建立了基于自适应神经网络模糊推理系统(ANFIS)的AWJ切割模型，对给定的切割工件、射流压力和切割质量该模型能快速、准确、可靠地预测切割速度．可应用于AWJ切割加工的参数选择、工艺优化及加工规律数值仿真等。     

高压磨料射流中流体因素的影响研究

依据固液两相流理论,应用FLUENT流体分析软件对高压磨料射流喷嘴内外流场进行数值模拟和仿真,通过改变流体的黏度、流量、密度等,讨论了各参数对出口处的切削力和速度分布的影响。结果表明：增加流体的密度对射流速度和切削力的提高效果明显;而增加其黏度作用正好相反,由于流动阻力加大,使射流的出口速度快速衰减,出口界面切削力下降;工作介质流量的改变对入口速度和射流效果也有较大的影响;在工作环境和设备允许的情况下,可以适当提高进口流量。     

气固两相流饲料输送管道结构优化研究

目的 针对饲料输送管道气固两相流对弯管壁面冲蚀磨损严重的问题,提出一种在弯管外侧加设辅助气流的新型结构.方法 运用计算流体力学方法,采用离散相模型(Discrete Phase Model,DPM)研究普通和新型弯管的冲蚀磨损情况,模型的有效性通过普通弯管压降梯度实验加以验证.通过分析两种弯管的流场分布情况,进一步研究空气进口速度、颗粒质量流量和颗粒粒径等因素对弯管冲蚀磨损的影响.结果 随着空气进口速度的增加,弯管的平均冲蚀磨损速率先减小、后增大,但新型弯管的平均冲蚀磨损速率降低了7.1％～8.5％,且当空气进口速度为35 m/s时,平均冲蚀磨损速率最小.当颗粒质量流量增加时,弯管平均冲蚀磨损速率基本呈线性增长,但新型弯管平均冲蚀磨损速率的增长速率略小于普通弯管,且平均冲蚀磨损速率降低了8.2％～9.7％.当颗粒粒径增加时,弯管的平均冲蚀磨损速率先急剧增大、后平缓变化,但新型弯管平均冲蚀磨损速率降低了8.2％～17％.结论 通过研究发现,弯管外侧均存在冲蚀磨损,但新型结构均能有效减小弯管的冲蚀磨损.颗粒质量流量对弯管冲蚀磨损的影响最大,且颗粒质量流量越大,平均冲蚀磨损速率越大.颗粒粒径对降低弯管冲蚀磨损的效果最好,且颗粒粒径越小,效果越佳.     

高压水磨料射流切割的力学特性与模型

通过理论分析与实验测定，分析和建立了高压水磨料射流切割的力学特性与模型，得出水射流的流量系数为０．７５，磨料射流的平均流速系数为０．９５。认为水射流主要通过水介质的滞止动压进行切割，磨料射流主要通过磨粒的冲击动压进行切割。给出了射流切断面积速度与材料破坏能量的关系曲线。     

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.     

基于有限元方法的磨料流加工数值模拟

利用Fluent软件对磨料流加工过程中流体磨料的流动形态进行了数值模拟分析,得到了流体磨料在圆孔类工件内沿孔道壁面的压力分布和沿径向的速度分布;并通过改变流体磨料的加工压力,得到工件进出口压力差与工件内流体磨料流速的变化规律.又通过模拟结果与实验结果对比,表明应用Fluent软件预测工件进出口压力差模拟计算的可行性,为...     

基于量纲分析法的一种磨料水射流打孔模型

水射流的加工过程中非常复杂,涉及到许多参数,对其模型的描述也较为困难。运用量纲分析法,选取对加工过程中影响较大的参数,忽略影响很小的因素,建立了水射流打孔过程的新数学模型,并通过试验验证该模型的误差仅为3%～10%。     

高压水磨料射流切割的力学特性与模型

通过理论分析与实验测定，分析和建立了高压水磨料射流切割的力学特性与模型，得到水射流的流量系数为０．７５，磨料射流的平均流速系数为０．９５。认为水射流主要通过水介质的滞止动压进行切割，磨料射流主要通过磨粒的冲击动压进行切割。给出了射流切断面积速度与材料破坏能量的关系曲线。     

自激脉冲特性磨料水射流浸没式抛光数值分析与有效性实验验证

目的 提高磨料水射流在浸没环境中的加工能力,研究流体自激脉冲特性对磨料水射流抛光的影响.方法 提出一种基于流体自激脉冲特性的磨料水射流浸没式抛光方法,简称浸没式自激振荡磨料水射抛光(Submerged Self-excited Oscillation Abrasive Water Jet Polishing,SSEO-...     

基于磨料流加工技术叶片泵转子去毛刺试验研究

针对叶片泵转子叶片槽两侧面及槽底孔内毛刺不能被彻底去除的问题,提出基于磨料流加工技术的方法,建立磨料流体三维模型,利用Fluent软件模拟分析槽底孔中心及槽道边沿压力分布,设计装夹方案并进行现场试验。加工后的槽道内壁光滑,无毛刺,表面粗糙度值未显著变化,尺寸精度未受影响,表明磨料流加工技术可有效去除转子槽内的毛刺。     

电渣熔铸过程渣池流场的模拟研究

电渣熔铸过程中熔渣的流动决定了熔铸体系温度场的分布以及金属熔池的形状,最终影响熔铸钢锭的质量。采用大型通用有限元分析软件ANSYS,对电渣熔铸体系渣池流场进行了模拟研究,所得结果与物理模拟实验结果完全一致。并以此研究了熔铸电流,填充比和电极端部形状对熔渣流速分布的影响,为实际生产提供了依据。     

焊接熔池的传热与流体流动模拟进展

焊接熔池的传热与流体流动模拟是焊接模拟的一个重要领域 ,目前对焊接熔池的传热和流体流动的模拟主要是基于Navier strokes方程基础上而建立的。文中概括了近年来焊接熔池传热与流体流动模拟所取得的一些进展 ,总结了影响熔池传热和流体流动的一些主要因素。并提出了今后的发展方向     

磨料水射流喷嘴结构参数对流场性能影响的仿真与研究

建立后混合磨料水射流喷嘴可视化模型,利用FLUENT软件对喷嘴内固液两相流场进行仿真,分析管嘴内流场的速度以及管嘴结构对它的影响。为了达到理想的速度,混合腔长度应选择高压水喷嘴直径的40倍左右;聚焦管长度在60~70 mm之间最优;综合考虑速度及磨损,锥形角角度应选择在30°~45°之间。     

激光熔覆熔池温度场及流场数值模拟研究进展

简述了激光熔覆熔池的受力,包括表面张力、黏性剪力、重力以及保护气压力等,并从组织生长和熔池流淌对熔覆层的形成机理作了简要分析。同时,对激光熔覆仿真模拟中采用的不同热源模型的能量分布规律和方程进行了归纳,包括表面高斯热源、表面环形热源、高斯体热源、椭圆球热源、组合体热源等。在此基础上,分类评述了近年来国内外激光熔覆熔池温度场及流场的数值模拟方面的研究进展,并分析了各种热源模型的优势及不足,总结了不同热源的适用环境及获得的温度场、流场分布规律。此外,对熔池自由液面的研究方法进行了总结,归纳了温度场流场数值模拟模型的验证方法。同时,针对激光熔覆熔池数值模拟研究存在的问题,分别从数值模型、边界条件等方面进行了归纳,最后对其未来的发展方向进行了展望。     

新型混输泵球阀内气液两相流动的数值模拟

为了研究新型混输泵球阀内气液两相流动规律,建立了球阀内流场的三维模型,利用CFD软件,对阀内气液两相流动进行了数值模拟。在球阀开启高度为0.005 m时,对含气率分别为20%、40%、60%、80%4种工况的模拟结果进行了分析,得到了不同含气率下的速度场、压力场及气液两相相态分布,探讨了含气率对球阀内气液两相流动的影响规律。结果表明:阀隙处流速较大,压力梯度大,阀座倒角下端易气蚀;含气率对阀内流速大小影响较小,但对流态有影响。气体主要分布在阀球壁附近,远离球壁气体介质减少;当含气量逐渐增大时,气液两相的相界面处波动较大。研究结果揭示了阀内气液两相流动的规律,为内压缩混输泵气液单向阀相界面演化及失稳机制的研究提供参考。     

激光内送粉变姿态熔覆非水平熔池流场的数值模拟

目的 提高激光内送粉变姿态熔覆层成形质量,对变姿态熔覆时非水平熔池流场随基板倾斜角的演变规律进行研究。方法 首先,利用FLUENT软件中离散相模型对喷嘴流场进行模拟,获取粉末频次的分布规律。其次,采用流体体积法耦合熔化/凝固模型对熔池流场进行计算。通过施加质量源项引入同步送粉,施加能量源项模拟激光热输入,选取姿态角为30°、60°、90°进行计算,对熔池流场及熔覆层界面进行追踪分析。最后,基于激光内送粉熔覆工艺进行实验测定。结果 粉斑内粉末量呈“中间均匀,两端密集”的分布规律。熔池流动为“双环流”分布特征,但流动方向受重力影响,产生偏转。取3种姿态角计算时间同为0.3 s时,熔池中心处流体的偏转角分别为2°、4°、6°,并且随着倾斜角的增大,熔覆层高度分别增加了0.28%、0.83%、1.45%,熔覆层宽度减小了1.19%、1.28%、1.73%,熔覆层顶点偏移量增大到48.08、86.54、105.76 μm。最后结合实验测定,数值计算与实验结果一致。结论 Marangoni应力使得激光内送粉熔覆熔池流体产生由中心向边界流动的“双环流”分布特征,非水平熔池流动方向受重力影响产生偏转。随着基板倾斜角增大,熔覆层截面高度增加、宽度降低、顶点偏移量增加。为提高不便摆平非水平基面的激光内送粉变姿态熔覆再制造成形质量提供了指导。     

改进的单向磨料流加工效果及轴向力测量研究

由合金材料制成的结构复杂工件内通道及相交部位的毛刺难以有效去除,而采用磨料流(AFM)加工工艺可以有效抛光零件复杂表面、提高工件加工质量。基于此,对不同工作压力的单向磨料流作用下,工件的表面粗糙度和扩展直径进行研究,介绍一种适用于单向AFM轴向力在线测量的装置,分析了不同加工压力和流体通道长度对轴向力和体积流量的影响。研究结果表明:4.0 MPa加工压力下的AFM加工可以有效降低工件表面粗糙度,同时使工件获得更均匀的表面粗糙度,但是4.0 MPa条件下的加工时长远大于7.0 MPa;流体通道长度越短,体积流量相对于轴向力来说随着加工压力的增加而明显增加;而对于最长的流体通道,加工压力的增加导致轴向力的增加更为显著。     

高压隔膜泵单向阀阀隙流场的冲蚀磨损特性分析

目的 探究高压隔膜泵单向阀阀隙流场冲蚀磨损产生的原因及主要影响因素。方法 基于固液两相流基本理论和冲蚀模型,考虑颗粒保护效应及磨蚀效应,采用计算流体力学(CFD)方法模拟单向阀阀隙流场的冲蚀磨损行为,探究矿粉颗粒体积分数、颗粒粒径、单向阀半锥角、胶垫突出高度等参数对单向阀冲蚀磨损特性的影响。结果 矿粉颗粒紧贴阀芯壁面的剪切运动是造成阀芯发生冲蚀磨损失效的主要原因。当矿粉的体积分数由0.1增大到0.5时,由冲蚀造成的最大冲蚀磨损速率随之减小,由磨蚀造成的平均冲蚀磨损速率随之增大。当矿粉粒径为0.025~0.048 mm时,随着矿粉粒径的增大,平均冲蚀磨损速率随之增大。当矿粉粒径超过0.048 mm时,平均冲蚀磨损速率逐渐减小。当单向阀半锥角由30°增大到45°时,阀隙流场的最大流速由12.23 m/s减小至9.19 m/s,矿粉颗粒对阀芯壁面的最大冲蚀磨损速率减小了41.16%。阀隙流场的最大流速和冲蚀磨损速率随着胶垫突出高度h的增大而增大,同时位置也发生了相应变化。结论 矿粉颗粒体积分数的增加会加重粒子对阀芯壁面的损伤程度,随着粒径的增加,泵阀的最大冲蚀磨损速率先增大后减小,增大半锥角可以缓解颗粒对壁面的冲蚀磨损,增大胶垫突出高度会导致冲蚀磨损区域逐渐向胶垫突出位置集中。