超音速喷嘴几何形状对冷喷涂工艺影响的研究

摘要

本文通过数值模拟，在已有研究的基础上，利用国际通用比较成熟的流场计算软件PHOENICS，采用SIMPLE算法扩展的SIMPLEST算法，以冷喷涂技术中的矩形喷嘴超音速冲击射流流场为研究对象，探究典型的喷嘴出口截面形状对气动热力参数的分布特点及流动形态的影响，分析了冲击射流下喷嘴出口的流体速度、温度和压力等参数分布情况，即流场中脱体激波的位置。进而采用IPSA算法，对矩形喷嘴气、固两相超音速自由射流进行数值模拟分析。鉴于矩形喷嘴有其内部流动效率低的缺点，故对喷嘴几何结构形式进行结构优化——初步选定椭圆形喷嘴。在单相自由射流情况下，采用对比算法，对具有相同截面积的椭圆形喷嘴超音速单相自由射流进行数值模拟计算，从有效喷涂面积、均匀程度涂层的质量、喷涂强度及喷涂效率的综合对比中，分析得出椭圆形喷嘴相对于矩形喷嘴和圆形喷嘴在冷喷涂技术中的优点。

目录

文摘

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1概论

1.1课题研究历史背景

1.2计算软件PHOENICS简介

1.3本论文研究工作

2矩形喷嘴单相冲击射流流场数值模拟

2.1冲击射流特点

2.2物理模型

2.2.1 SIMPLE算法及其扩展的SIMPLEST算法

2.2.2控制方程

2.2.3湍流模型

2.2.4温度简化

2.3计算模型

2.4超音速单相冲击射流计算结果分析

2.4.1计算结果

2.4.2分析与总结

3矩形喷嘴超音速气、固两相自由射流

3.1双流体模型(IPSA)中的数学物理模型

3.1.1假定条件

3.1.2控制方程

3.1.3两相间作用力

3.1.4相间传热模型

3.1.5湍流方程

3.1.6 IPSA算法的计算流程

3.2矩形喷嘴超音速气、固两相自由射流

3.2.1计算模型

3.2.2初步计算结果及分析

4椭圆形喷嘴单相超音速自由射流流场数值模拟

4.1椭圆形截面喷嘴3dsMAX建模

4.2 Tecplot后处理软件

4.3椭圆喷嘴超音速自由射流流场数值模拟

4.3.1计算模型

4.3.2超音速完全膨胀自由射流计算结果

4.3.3超音速自由射流的意义

4.4喷嘴出口截面形状的改进

5椭圆形喷嘴单相超音速冲击射流流场数值模拟

5.1计算条件

5.2计算结果及分析

5.3分析与总结

6椭圆形喷嘴气、固两相超音速自由射流流场数值模拟的初步分析

6.1计算条件

6.2初步计算结果

6.3分析与总结

7结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

附录 椭圆形喷嘴截面三维实体3dsMAX建模过程

攻读研究生期间所发表的论文：

致 谢