基于有限元法的陶瓷喷砂嘴冲蚀磨损研究及耐磨结构设计

摘要

本文从喷砂工作原理出发，利用气固两相流动力学原理和射流理论，结合喷枪的具体结构特点，建立了自由射流模型。采用有限元分析软件CFx对喷砂嘴进行了流场分析，并结合脆性材料的冲蚀理论研究了喷砂嘴的冲蚀过程和结构参数对冲蚀磨损的影响。开发了两种陶瓷喷砂嘴的耐磨结构。 以喷枪和喷砂嘴具体结构参数为研究对象，对其内流场分布情况进行了一维理论性分析，从喷砂动力学角度分析了各种因素对喷砂嘴冲蚀磨损的影响。得到的结论与喷砂嘴的冲蚀试验结果基本吻合，从而验证了自由射流模型的正确性。 运用有限元分析方法模拟了冲蚀前后喷砂嘴各处的流场分布和磨料的二维冲蚀速度变化。借助仿真得到的具体数据，结合脆性材料的冲蚀磨损理论，详细描述了喷砂嘴的冲蚀磨损过程。结果发现，喷砂嘴的冲蚀磨损是一个冲蚀速度不断变化的过程。 通过改变喷砂嘴的结构参数：内壁粗糙度、长度、直径和形状，获得了结构参数变化和冲蚀磨损之间的关系。结果表明，改变喷砂嘴的结构参数可以实现减磨作用的目的。设计出两种耐磨结构，并分别对这两种结构进行了评价。 本文的创新之处在于：从流场角度研究了喷砂嘴的冲蚀磨损过程；借助结构参数变化和流场变化之间的关系，通过改变喷砂嘴的结构的方法提高喷砂嘴抗磨性。

目录

文摘

英文文摘

学位论文独创性声明及知识产权权属声明

第一章绪论

1.1前言

1.1.1喷砂处理及其作用

1.1.2喷砂用磨料

1.1.3常用喷砂嘴材料

1.2陶瓷喷砂嘴的研究范围及现状

1.2.1影响陶瓷喷砂嘴冲蚀磨损行为的因素的研究

1.2.2陶瓷喷砂嘴的冲蚀磨损机理研究

1.2.3喷砂动力学及磨料颗粒运动特性的研究

1.2.4陶瓷喷砂嘴冲蚀过程的应力分析

1.2.5耐磨陶瓷喷砂嘴的研制

1.3本课题研究的目的、意义及主要内容

第二章喷砂动力学研究

2.1喷砂设备及工作原理

2.2自由射流数学模型建立

2.2.1射流的定义与分类

2.2.2喷砂射流流场性质分析

2.2.3混合流场的理论计算

2.2.4流场对喷砂嘴冲蚀磨损的影响

2.2.5喷砂试验验证

2.3影响冲蚀磨损的因素分析

2.3.1磨料入、出口的磨损与流场的关系

2.3.2冲蚀磨损率随时间的变化

2.3.3其它影响因素研究

2.4本章小结

第三章喷砂嘴冲蚀磨损过程的有限元模拟

3.1软件选择及其特点

3.1.1 CFD简介

3.1.2 CFX软件选择

3.1.3 CFX求解过程介绍

3.2物理模型建立及网格划分

3.3边界条件的设定

3.3.1自由射流模型

3.3.2引射段压力系数确定

3.3.3阻力系数确定

3.3.4其他边界条件设定

3.4仿真结果及结果分析

3.4.1喷砂嘴内流场分析

3.4.2入口端流场研究

3.4.3冲蚀磨损过程研究

3.4.4冲蚀磨损对喷砂效率影响

3.5本章小结

第四章喷砂嘴结构参数对冲蚀磨损的影响

4.1壁面粗糙度的影响

4.2长度尺寸的影响

4.3内径的影响

4.4结构形状的影响

4.4.1收缩型喷砂嘴

4.4.2锥口喷砂嘴

4.4.3文透里喷砂嘴

4.5本章小结

第五章喷砂嘴的耐磨结构设计

5.1方案的初步拟定与筛选

5.1.1方案一：提高锥口喷砂嘴壁面粗糙度

5.1.2方案二：优化文透里喷砂嘴结构参数

5.2设计方案的评价

5.3本章小结

第六章结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文