冷喷涂Cu粉气固两相流数值模拟研究

通过在冷喷涂条件下对喷枪内部流场进行数值模拟,得到气相流场中温度场、压力场和速度场分布,给出了气固两相流场中颗粒相轨道化描述。结果表明:气体温度和气体压力在喷管中先升高后降低,气体速度在喷管中持续升高,颗粒温度和速度表现出与气体良好的跟随性,先急剧升高后稳定升高,故适当提高气体预热温度能更好地提高颗粒的入射速度和得到较高的沉积率。     

基于激光辅助冷喷涂的立柱耐蚀涂层研究

针对综采工作面液压立柱在恶劣的矿井环境中易腐蚀失效问题,提出采用激光辅助冷喷涂的工艺方法制备液压立柱耐腐蚀涂层。运用LS-DYNA动力学分析软件,建立激光辅助冷喷涂工艺制备耐腐蚀涂层的二维模型。对Ni60金属颗粒在27SiMn钢基体上形成涂层的过程进行数值模拟,分析碰撞速度、沉积区域温度对颗粒及基体变形行为的影响,验证此种工艺方法在液压立柱表面的应用可行性。仿真结果表明,常温下颗粒沉积速度为800 m/s和基体沉积区域温度为850～1 000℃、颗粒沉积速度为600 m/s时,Ni60金属颗粒都能够较好地沉积到27SiMn钢的基体上。     

冷喷涂工艺参数对CoNiCrAlY涂层沉积影响

采用数值模拟和试验研究相结合的方法,研究了冷喷涂工艺参数对CoNiCrAlY涂层微观结构和力学性能的影响．运用Ansys CFD软件建立了冷喷涂CoNiCrAlY高速射流场三维模型,系统研究喷涂气体种类、温度、压力及粉末粒径分布对粉末粒子温度和速度变化的影响规律．采用高压冷喷涂系统,在镍基高温合金GH625基体上沉积CoNiCrAlY涂层,利用光学显微镜观察CoNiCrAlY涂层的微观结构,并且利用ImageJ软件检测涂层的孔隙率,随后通过硬度计及拉伸试验检测涂层的显微硬度和结合强度．结果表明：随着气体温度升高粉末在喷枪出口处的温度及速度也升高,随着喷涂气体压力的升高粉末在喷枪出口处的速度增大,但是对气体压力的变化对粉末温度影响较小;在氮气气氛和1000 ℃条件下获得的冷喷涂CoNiCrAlY涂层的孔隙率为1.9%左右、结合强度约为57 MPa,在氦气气氛和700 ℃条件下制备的CoNiCrAlY涂层的孔隙率约为0.4%左右、结合强度超过70 MPa;经真空热处理后涂层的孔隙率与热处理前的相比,其孔隙率稍有降低;喷涂态CoNiCrAlY涂层的维氏显微硬度约为550 HV^0.3, 热处理后CoNiCrAlY涂层的维氏显微硬度约为350 HV^0.3,明显低于热处理前的显微硬度．      

冷喷涂气体加热器的优化研究

传统冷喷涂气体加热器升温时间长、最高加热温度不足,为了进一步提高加热效率、降低喷涂耗气成本,对现有冷喷涂气体加热器进行升级改进,将两个加热器串联使加热器长度延长至6 m,获得了一种新型的高温气体加热器。采用该加热器开展Cu、Al、Ni、Ti典型材料的冷喷涂实验,研究了加热器对载气温度的加热效果和对冷喷涂层性能的影响。实验结果表明：新设计的高温加热器可提高气体最高加热温度,并实现快速升温;同时,新型加热器可实现冷喷涂Cu、Al和Ni材料沉积效率90%以上,并获得更高致密度的Ti涂层;在SUS304基体及Al基体分别喷涂Al和Ni涂层,涂层与基体的结合强度超过55 MPa。该新型气体加热器为冷喷涂工业化应用提供了设备基础。     

蒸发管内污垢层温度和热应力场的数值模拟

假设汽液固三相循环流化床蒸发管内均匀覆盖一定厚度的硫酸钙结晶垢层,考虑垢层与流体间耦合换热、管内流体沸腾传热,采用STAR-CCM+软件对其进行数值模拟,对垢层的温度和热应力分布以及断裂做了分析。     

中温烟气蒸发脱硫废水干燥过程及产物特性分析

为研究中温烟气旁路蒸发实现脱硫废水"零排放"处理的干燥过程与产物特性,通过建立中试试验装置,在真实烟气环境下研究了中温烟气蒸发脱硫废水过程中的温度变化、产物成分、表观形貌及颗粒团聚特性,结果表明,与低温烟气相比,中温烟气蒸发脱硫废水能够灵活控制干燥塔出口烟温,干燥过程温度变化更为平缓,干燥更加迅速与可靠;脱硫废水干燥产物主要是MgSO_4·H_2O,CaSO_4·0.5H_2O,NaCl,其颗粒为表面粗糙多孔或不完整的空心球体,且颗粒平均粒径远大于粉煤灰平均粒径;粉煤灰中掺入脱硫废水干燥产物后,其比电阻随温度的升高先减少后略有增大,但在120℃后与原粉煤灰的比电阻差别不大;干燥过程中废水雾滴与粉煤灰颗粒碰撞团聚后形成链状、球状或者不规则簇状团聚物,使得颗粒粒径进一步增大,有利于静电除尘的高效收集。蒸发过程中少量HCl析出对烟气系统的影响以及干燥产物对粉煤灰综合利用的影响可分别通过脱硫废水调质与增加单独收尘设备进行解决。     

新型蒸发室进液支管出口气含率分布的数值模拟

针对易起泡物料在蒸发浓缩过程中经常出现"爆沸"的问题,提出了一种新型的蒸发室结构。利用STAR-CCM+软件对新型蒸发室进液支管出口的气含率及其随支管入口流速、入口气液比、支管管径的变化特性进行了模拟。结果表明,气含率径向分布均匀程度随着支管管径和入口气液比的增加而先增加后降低,随着支管入口流速的增加而降低;大气泡在支管出口形成细小均匀的气泡,能够降低"爆沸"发生的倾向。     

煤粉颗粒团燃烧过程的数值模拟

煤粉的燃烧在工程实际中很多情况下都是聚团燃烧,颗粒内部传热传质机理复杂。本文根据多孔介质的传热传质学理论,引入对流项,建立了气流场中煤粉团燃烧的三维数学模型,并对不同孔隙率的煤粉团的燃烧过程进行了对比计算,计算结果合理,揭示了孔隙率对煤粉团着火燃烧的影响,为深入研究煤粉团燃烧特性打下基础。     

基于撞击流调控的煤泥水混合过程强化研究

煤泥水中一般含有大量高分散性悬浮颗粒,固液分离难度大。通过调控湍流来强化流体混合和颗粒碰撞是实现固液分离的有效途径。颗粒碰撞絮凝大多发生在湍流环境中,细微颗粒的运动受湍流最小涡尺度影响较大。研究借助撞击流对湍流涡进行调控以强化两种不同密度悬浮液混合及悬浮液中细微颗粒的碰撞。利用两种不同的解算模型对混料桶中悬浮液混合状况及颗粒的分布进行了三维仿真,进入混料桶的水相被视为连续相,固体颗粒被视为连续相（悬浮液）或二次离散相（颗粒）,分析了不同入料密度下不同流速比对混料桶内湍流特征参数及颗粒分布的影响。结果表明：相互垂直碰撞的射流形成的撞击流可诱导产生发卡涡、展向涡和轴向涡等湍流宏观涡。颗粒在湍流宏观涡中移动的速度顺序为：大粒度大密度>大粒度小密度>小粒度大密度>小粒度小密度。涡-涡之间、涡-主流之间的交互作用显著提高湍流动能、降低涡尺度,最终形成的最小尺度涡有利于颗粒聚集碰撞;混料桶内流场中产生的最小涡尺度主要以小于平均最小涡尺度的涡为主。上-侧入料流速比vup∶vside从1.258∶1.87增大至1.882∶1.258,最小涡尺度呈现增大趋势,与入料密度无关。当流速比相...     

筛面上颗粒运动的计算机仿真研究及试验验证

物料在筛面上的运动有着极其复杂的运动规律,本文采用离散元法最常用的弹性—阻尼—滑动接触模型,建立了颗粒在筛面上运动的数学模型,用VC.Net编制了模拟筛面上单颗粒运动的计算机程序,借助于高速动态分析系统通过一系列数值试验对模型进行了检验和确认,模拟结果真实地反映了不同粒度颗粒在筛面上运动形态的差异和单颗粒的混沌运动,表明通过数值模拟能够灵活地再现不同筛分机工作条件下颗粒运动过程,有助于深刻理解筛分机的工作参数对颗粒运动状态的影响。     

磷石膏悬浮态分解条件的优化试验研究

在模拟悬浮态试验装置上,对磷石膏的分解条件进行了优化,研究了温度、气氛、反应时间、炭粉掺量等影响因素对磷石膏分解的作用规律.得出磷石膏分解的最佳条件为反应温度1150～1180℃,反应时间15～20min,炭粉掺量4%～5%,反应气氛CO%=5%～7%,分压比Pco/PCO2=0.18～0.22.并得到了最优试验结果为分解率97.73%,脱硫率97.20%.     

基于油气悬架系统的可视化动态仿真

根据胶轮车油气悬架系统的工作原理和实际使用工况,建立了油气悬架缸-蓄能器联合仿真模型,利用流体仿真软件FLUENT,考虑边界及其分布问题,模拟不同工作状态下油气悬架系统的流场分布,从而实现可视化的动态仿真实验,有助于研究车辆的平稳性。     

掘进巷道湿喷施工过程粉尘弥散规律研究

为了研究长压短抽通风条件下湿喷施工作业产尘在掘进巷道空间内的弥散规律,应用Fluent软件中的离散相模型,对湿喷中的初喷施工产尘、复喷施工与凿岩机破岩同时作业时产尘进行数值模拟,得到了粉尘在巷道中的弥散规律。研究结果表明：压风侧初喷作业粉尘质量浓度高于抽风侧初喷作业粉尘质量浓度,且掘进巷道端头附近尤为明显;压风侧或抽风侧复喷施工与凿岩机破岩同时作业时,粉尘质量浓度变化规律均为沿程先降低,后因复喷作业而升高,然后再降低。根据粉尘弥散规律,提出了相应的防尘建议,以减轻粉尘对施工作业人员的危害。     

大气等离子喷涂镍铬涂层界面缺陷形成分析及工艺调控研究

涂层/基体界面污染率是考核涂层质量的重要指标。针对某新型发动机机匣内壁镍铬涂层界面存在的严重污染问题,首先利用显微组织分析及物相分析手段确定了界面污染物主要成分为Al₂O₃。然后,进行多因素对比试验重现了界面污染现象,确定了污染物来源为喷砂过程中滞留在基体表面的砂砾,并结合零件尺寸及外形开展了喷砂工艺优化研究。研究结果表明：具有较大动能的砂砾会嵌入硬度较低的基体中,造成界面污染;减少砂粒撞击动能及增加清理时间,可有效地减小涂层/基体界面污染率。     

轴承架的冷冲压拉深工艺及模具设计

从企业的生产需求出发,对轴承架进行冲压工艺分析。对生产加工零件的冲压模具和拉深模具进行整体设计,使设计的产品能够实际加工生产。在生产中经过检验,设计最终解决了企业的难题。     

余吾煤业高强锚杆悬吊单轨吊技术及应用研究

为解决高应力破碎围岩条件下单轨吊悬吊问题,根据实际应用环境,进行围岩锚固性试验,探讨了悬吊结构中锚杆受力状况,分析了锚杆悬吊技术的可行性,借助有限差分数值计算程序FLAC,模拟研究了悬吊载荷对巷道围岩应力分布和变形影响,结果表明,悬吊结构对巷道变形和稳定性影响极小;根据N2202工作面回风巷和胶带巷顶板条件,设计采用双高强锚杆进行单轨吊悬吊,将悬吊结构安装在井下巷道中。通过运输液压支架检验其合理性和可靠性,结果表明高强锚杆悬吊技术能够完全满足矿井使用。     

衬套冷挤压成形数值模拟分析与模具设计

针对衬套零件的特点,分析了成形工艺及挤压前处理,应用DEFORM-3D软件建立有限元模型进行仿真模拟,定点追踪了关键部位在成形过程中的应力、应变、流速等变化情况,并依此为依据设计出双层组合式预应力挤压模,为实际生产提供了有价值的参考。     

喷枪阳极结构对等离子射流及粒子行为的影响

喷枪阳极是等离子喷涂系统中的关键部件之一,其通过电弧的运动行为直接影响等离子射流流动及粒子的加热加速历程,最终决定了涂层的综合性能．为了深入理解大气条件下锥形Laval和标准圆柱形阳极喷嘴制备涂层性能之间存在较大差异的原因,在前期制备涂层工作的基础上继续开展相关的数值模拟工作．基于计算流体动力学理论针对等离子喷涂过程建立包括喷枪内外区域的数学物理模型,系统探究两种阳极产生等离子电弧、射流特征及喷涂粒子的飞行行为．结果表明：在相同的喷涂条件下,锥形Laval阳极内产生的等离子电弧电压低、消耗电功率小,大电流密度区和等离子速度明显较标准圆柱形阳极的小;在喷嘴出口处,标准圆柱形阳极具有更高的等离子射流温度和速度,但锥形Laval阳极的等离子射流在喷枪外具有较小的衰减速率和较大的空间尺寸;在相同喷距位置,锥形Laval阳极的喷涂粒子速度要比标准圆柱形的小得多,但相应的升温和降温速率却更大,熔化也更充分．因此,标准圆柱形阳极适合制备致密且结合强度高的涂层,而锥形Laval阳极则更适合用于制备高沉积效率的多孔涂层.