FLUENT在液相等离子喷涂中的应用

摘要

液相等离子喷涂是新兴的热喷涂技术,它采用悬浮液相代替传统的粉末输送待喷涂材料,有效解决了微纳尺度粉末输运困难和纳米晶粒易长大的问题,受到行业的广泛关注,近年来呈现出快速发展趋势。喷涂过程中的等离子形貌及其理化特性直接影响涂层性能,使用数值模拟技术分析等离子射流形貌及其温度场、速度场是一种经济高效的手段。
　　本文基于计算流体力学和工程传热学的基本原理,采用有限容积方法对控制方程进行离散,借助FLUENT专业流体力学计算软件实现了对液相等离子喷涂过程中的等离子射流的数值模拟。重点探讨建立合理的数学物理模型,并对等离子射流边界的速度分布及温度分布状况在FLUENT中使用用户自定义函数实现。针对液相等离子喷涂的工艺特点,着重研究了相关工艺参数对等离子射流形貌及其温度场、速度场特性的影响规律。
　　模拟结果显示,喷涂功率增大时,等离子射流温度和速度峰值均上升;Ar气流量增大时,峰值速度上升而峰值温度下降。通过标准化相同二阶中心矩椭圆的长短轴比?对等离子射流形貌进行表征,结果显示模拟结果和CCD图像获得的等离子形貌?值极为接近。在入射液相方面,当喷涂功率及Ar气流量一定时,液相入射速度、空间位置和入射角度对等离子射流的峰值温度与峰值速度没有影响。随着入射速度的提高,等离子射流对弧枪远端空气的扰动逐渐减弱;液相不同轴向入射位置对等离子射流形貌的影响主要集中在入射液相位置远离弧枪的区域,而弧枪附近受其影响非常小;随着入射角度的增大,入射液相对等离子射流近弧枪端的影响增强而对远弧枪端的影响减弱。取射流速度等值线中心与射流轴线的横向距离差值?表示等离子射流形貌偏离轴线的程度,模拟结果和CCD图像相应的?值基本吻合。

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1 绪论

1.1 课题的来源

1.2 课题背景及意义

1.3 国内外研究进展

1.4 本文主要研究内容

2 液相等离子喷涂原理及关键工艺参数

2.1 液相等离子喷涂原理及系统组成

2.2 液相等离子喷涂的特点

2.3 液相等离子喷涂的关键工艺参数

2.4 本章小结

3 液相等离子射流的Fluent数值模拟基础

3.1 Fluent软件的特点及计算步骤

3.2 控制方程

3.3 仿真模拟的基本假设

3.4 关键物理模型的选择

3.5 本章小结

4 液相等离子射流的Fluent数值模拟实现

4.1 模拟中关键问题的设置处理

4.2 模型前处理的设置

4.3 FLUENT的求解格式与参数

4.4 本章小结

5 模拟结果分析与实验对比

5.1 等离子体射流的特性分布

5.2 喷枪功率及气流量对等离子体射流特性的影响

5.3 液料射流对等离子体射流特性的影响

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

附录1 作者在攻读硕士学位期间发表的论文