金属粉末注射充填中渗流现象的数值仿真

在金属粉末注射充填中，金属粉末相与粘结剂相会发生两相偏析。在高粉末体积分数处当金属粉末相流速为零时粘结剂相会发生渗流。目前已有采用两相流体数学模型对偏析的仿真研究，尚未有对渗流的仿真。使用两相流体数学模型时在粉末相流速为零处粘结剂相流速满足达西定律，即该模型亦适用于渗流的仿真。然而，目前在使用该模型时为简化计算认为粉末相粘度和动量交换系数在高、低粉末体积分数处相同。这种简化虽然可模拟出发生在低粉末体积分数处的偏析现象，但是导致高粉末体积分数处渗流发生时强烈的粉末相内部相互作用和两相间相互作用不能得到准确模拟，从而不能对渗流进行仿真。本工作提出了将粉末相粘度与动量交换系数模型化以模拟渗流的方法。使用该方法对收缩矩形管道内的注射充填进行仿真，结果显示收缩管道中收缩处金属粉末发生了聚集，粘结剂产生了渗流，并且渗流的发生使得粉末体积分数产生较大的不均匀分布。本工作中的方法可为其他领域的多相流中渗流形成的研究提供参考。