气固两相流数值模拟在喷覆法线锯制作中的应用研究

摘要

传统的紫外光固化金刚石线锯制作时采用涂覆工艺，由于金刚石颗粒大多数被埋在树脂层不参与切割，因此切割效率低。针对这种弊端，一种新的喷覆法制作金刚石线锯的研究受到重视。本文通过对金刚石磨粒喷覆过程进行气固两相流数值模拟，揭示了基于气体输送的金刚石磨粒喷覆时的运动规律，对喷覆法制作金刚石线锯具有重要意义。
　　 本文所做的主要工作和取得成果如下：
　　 (1)对气固两相流理论作了详细的研究，确定了最适合喷覆装置内流场的数学模型，对气相流场采用标准k-ε模型，对颗粒相采用随机轨道模型，并且考虑颗粒之间碰撞、颗粒与壁面碰撞、相间耦合等对流场的影响。
　　 (2)对数值模拟的边界条件作了研究，确定了气流与颗粒相的边界条件。并对喷覆装置内流场进行了数值模拟，得出：加入离散相后会对气相流场有所影响，使气流速度下降，但影响不大；锯丝上颗粒多数为喷嘴直接喷覆到锯丝上，经过颗粒之间碰撞和颗粒与壁面反弹之后被锯丝捕获的很少。
　　 (3)对喷覆法线锯制作进行实验，并测量气流场速度与颗粒速度。
　　 (4)通过气流场速度和颗粒速度的实验数据与数值模拟结果的对比，证明本文采用的数值模拟方法是可行的。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 气力输送

1.2.1 气力输送的分类

1.2.2 气力输送的基本流型

1.3 气固两相流的研究现状

1.3.1 气固两相流的实验研究

1.3.2 气固两相流的理论研究

1.3.3 气固两相流的数值模拟

1.4 本文主要内容

第2章 流体力学模型的建立

2.1 流体数值计算的基本思想

2.2 气相湍流流动模型的建立

2.2.1 气相湍流的研究方法

2.2.2 描述单相气体流动的标准k-ε两方程模型[33-36]

2.3 颗粒相模型的建立

2.3.1 颗粒相模型的研究方法

2.3.2 随机轨道模型

2.3.3 颗粒所受到的力分析

2.3.4 颗粒之间的碰撞模型

2.3.5 颗粒与壁面的碰撞

2.4 相间耦合

2.5 本章小结

第3章 喷覆装置内气固两相流的数值模拟

3.1 Fluent软件简介

3.2 气固两相流数值模拟的基本步骤

3.3 喷覆装置的网格划分

3.4 喷覆装置内边界条件的确定

3.4.1 气相边界条件

3.4.2 颗粒相边界条件

3.5 喷覆装置内气固两相流控制方程的离散化

3.5.1 数值模拟中控制方程的离散方法

3.5.2 Fluent中控制方程离散的求解方法

3.5.3 松弛因子

3.6 数值模拟结果与讨论

3.6.1 单相气流场数值模拟结果

3.6.2 气固耦合数值模拟结果

3.7 本章小结

第4章 喷覆法线锯制作与数值模拟结果的验证

4.1 喷覆法线锯制作工艺流程

4.1.1 芯线的表面处理

4.1.2 涂覆工艺

4.1.3 喷覆植砂工艺

4.1.4 紫外光固化工艺

4.2 喷覆装置内气流速度的测量

4.3 颗粒速度的测量

4.3.1 高速摄像技术

4.3.2 颗粒速度测量原理

4.3.4 实验装置

4.4 数值模拟结果与实验结果的对比

4.4.1 气固耦合气流场速度对比

4.4.2 颗粒速度的对比

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果