冷喷涂工艺中气固两相射流的数值模拟研究

摘要

在冷喷涂工艺中,喷管内外的气体轴向速度和颗粒速度对喷涂效果影响很大,研究喷涂参数对气固两相速度的影响具有重要意义。虽然很多学者对冷喷涂气固两相流进行数值模拟研究,但大多没有考虑基板的影响,针对冷喷涂工艺参数优化的研究较少。
　　本文采用数值模拟方法对冷喷涂过程中气固两相流流场进行研究。首先建立整个冷喷涂射流区域的物理模型,并且对计算区域进行网格划分以及边界条件的定义;然后采用二维数学模型,进行湍流的数值模拟计算,研究不同载气、喷涂压强、喷涂温度和喷涂距离对流场加速的影响规律;最后建立离散相模型,对气固两相流流场进行数值模拟,分别采用Ti、Cu、Au粉末作为喷涂材料,每种材料选用不同颗粒直径,研究不同喷涂材料以及同种材料不同颗粒直径的加速规律。
　　研究结果表明:氦气的加速特性优于氮气和空气;随着喷涂温度和喷涂压强的提高,气体轴向速度和颗粒速度也随之提高;不同喷涂距离对喷管内流场没有影响;提高喷涂温度可以明显改善喷涂效果;密度小的小直径颗粒和密度较大的大直径颗粒不容易被加速到较高的速度,应根据材料的密度和颗粒直径选择合适的喷涂参数。模拟结果和前人的实验成果一致,本研究可为冷喷涂工艺参数优化和喷涂实验提供指导。

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1绪论

1.1课题来源

1.2课题研究背景与意义

1.3冷喷涂技术国内外研究现状

1.4冷喷涂气固两相流数值模拟研究现状

1.5本文主要研究内容

2 冷喷涂数值模拟的理论基础

2.1 喷管内气体动力学理论

2.2 气流的几个重要参数

2.3 激波理论

2.4 湍流基本理论

2.5 两相流理论

2.6 冷喷涂流场数值模拟基础

2.7 本章小结

3 超音速单相冲击射流的数值模拟

3.1 数值模拟的理论模型

3.2 数值计算过程

3.3 流场计算结果的分析

3.4 本章小结

4 超音速气固两相冲击射流的数值模拟

4.1 气固两相流的数值模拟概述

4.2 气固两相流的数学模型

4.3 颗粒特征的影响

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 结论

5.2 主要创新点

5.3 展望

参考文献

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