冷喷涂气-固两相射流过程的数值模拟研究

摘要

冷喷涂技术是一种从上世纪八十年代开始兴起的利用气动的方法制备功能涂层的一种新型材料表面改性技术，其原理是利用高速气体携带具有一定塑性的小颗粒，使其在完全固态下撞击基体，通过产生较大的塑性变形而沉积于基体表面形成涂层。 本文以冷喷涂技术的气固两相射流流场为研究对象，通过数值模拟，探讨其气动热力分布特点及找出各种参数对喷管出口气流速度的影响。首先，利用Gambit软件进行流动计算域的物理建模，并进行网格划分和边界条件的定义：其次，利用Fluent软件，进行了内部流动的数值计算，分别分析了入口温度、入口速度、入口压强对流场加速的影响规律；再次，用欧拉．拉格朗日方法，进行气固两相流动数值模拟，分别加速Cu、Ni、Ti颗粒，每种颗粒采用七种不同直径，分析气固两相之间的影响规律。最后，揭示了流动的主要特征，分析了压力、速度的变化规律。并将径向速度无量刚化，与经典实验数据作了比较，发现两者吻合较好。 在对冷喷涂射流流场数值模拟进行研究中，首先，较好的总结了入口参数对流场加速的影响规律，说明喷管内气体速度的增加，主要是由分子内能转化而来，分子势能转化有限，为进一步实验研究提供了一定的参考。其次，可以充分的认识自由射流过程气-固两相流动规律，发现加速不同直径大小的颗粒，需要设计不同的喷管直管段。同时发现，对于稀疏两相流流动情况，两相间的作用很小，研究过程中可以不予考虑。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1冷喷涂技术的起源、发展与现状

1.2计算软件的介绍

1.3本论文主要研究的工作

第二章自由射流流场的气体动力学理论

2.1激波理论

2.2两相流理论

2.3本章小结

第三章喷管及自由射流区域模型

3.1物理模型

3.2数值计算模型

3.2.1湍流封闭模型

3.2.2气-固两相流动计算模型

3.3数值求解方法

3.3.1数值计算的控制方程

3.3.2控制方程的定解条件

3.3.3流场的离散格式

3.3.4控制方程数值解法

3.4本章小结

第四章射流流场气-固两相流数值模拟分析

4.1流动计算域网格的划分与分析

4.2喷管内模拟结果分析

4.2.1入口参数对喷管流场加速的影响规律

4.2.2喷管内流场分析

4.3自由射流过程气-固两相流模拟结果分析

4.3.1压强变化对流场加速的变化规律

4.3.2两相流流场分析

4.4计算结果与实验结果进行比较

4.5本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录(攻读硕士学位期间发表的论文)