双级复合式雾化器结构与工艺优化

摘要

喷射成形是近年来发展十分迅速的一种新型快速凝固技术,已经广泛应用于研制和开发各种具有快速凝固组织特征的高性能金属材料和新型材料。雾化器是喷射成形雾化系统中的重要部件,它能使雾化介质(气体等)获得高能量、高速度并将雾化介质的能量集中传递给熔融金属,对于雾化过程的稳定性和雾化效率起着关键作用。雾化气压是雾化工艺中最为直接有效地控制手段,它将直接影响雾化效果并最终影响喷射成形坯锭的最终性能。
　　为了改善双级雾化器的雾化效果、提高雾化过程稳定性,本文自行设计了一种双级复合式雾化器,由初级雾化器和下级雾化器两个气体雾化器系统组成。该雾化器采用以开放式雾化为主的雾化方式,初级雾化器为辅助雾化器,选用限制式雾化器;下级雾化器是主要的雾化单元,采用自由落体式雾化器。
　　本文首先采用Fluent软件进行数值模拟,探讨雾化器结构参数和雾化工艺参数对流场的影响规律,确定雾化器的最佳结构和可用工艺参数。然后通过气体动力学实验和水雾化实验对模拟结果进行实验验证和再调整。
　　通过比较分析不同雾化器结构下的气体流场特征,最终确定出双级复合式雾化器的最佳结构参数,其中上雾化器锥角为10度,缝隙宽度为0.3mm;下雾化器的内孔直径为40mm,锥角为40度,缝隙宽度为0.5mm;上下雾化器之间的装配间距为40mm。
　　对具有最佳结构参数的双级复合式雾化器在不同上下气压配合时的气体流场进行数值模拟,确定出不同下层雾化压力下,为了抑制回流产生所需要的最小上压。通过比较发现,当上级气体压力为4atm,下级气体压力为20atm时,流场稳定顺畅。
　　根据模拟结果设计与制双级复合式雾化器作,通过气体动力学实验确定了该双级复合式雾化器的导液管伸出长度为5mm,测量了雾化锥内的速度分布情况。并且通过水雾化实验验证了上下雾化器在不同压力配合下的流场特征,包括上级雾化器的导流效果和下级雾化器的雾化效果。实验结果表明,该双级复合式雾化器工作性能良好,并且它在不同压力配合下的流场特征与模拟结果基本一致。说明该结构双级复合式雾化器可以应用于喷射成形生产,并且本文提供的可用工艺参数对喷射成形实践的工艺控制也具有相当重要的指导意义。

目录

双级复合式雾化器结构与工艺优化

THE STRUCTRUE AND PROCESS OPTIMIZATION OF THE TWO-STAGE COMPOSITED ATOMIZER

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 喷射成形技术概况

1.3 喷射成形技术的发展过程

1.4 本文的研究内容

第2章 实验方案和实验方法

2.1 研究方案

2.2 实验方法

第3章 双级复合式雾化器雾化流场的数值模拟

3.1 前言

3.2 新型雾化器的初步设计思路

3.3 结构参数及工艺参数影响规律的数值模拟

3.4 气体流场特征分析

3.5 雾化器结构参数对流场的作用规律分析

3.6 本章小结

第4章 双级复合式雾化器的实验验证

4.1 前言

4.2 双级复合式雾化器的设计与制造组装方案

4.3 实验过程

4.4 实验结果与模拟结果的对比分析

4.5 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢