小孔流道内容积交变空化流场特性分析

摘要

目的基于容积交变空化原理,研究小孔流道内容积交变空化流场的演变规律,以及容积交变频率和容积变化量等关键工艺参数对流场特性的影响,为容积交变空化抛光小孔内表面提供指导。方法首先,建立小孔流道内容积交变空化流场的三维瞬态仿真模型。其次,采用标准k-epsilon模型、Zwart-Gerber-Belamri模型模拟不同容积交变频率和容积变化量下容积交变空化流场含气率和湍流强度,并与高速摄像结果进行比较分析。最后,对机械加工的Al1060和T2 Cu小孔内表面进行抛光,验证容积交变空化抛光小孔内表面的可行性。结果在一个周期内,当容积变化量为20mm,容积交变频率分别为90、100、110、120Hz时,小孔流道内容积交变空化流场含气率和湍流强度均随容积交变频率的增大而增大,含气率最高可达0.6648;当容积交变频率为120 Hz,容积变化量分别为10、15、20、25 mm时,小孔流道内容积交变空化流场含气率和湍流强度均随容积变化量的增大而增大,含气率最高可达0.7068。随着活塞的拉伸和压缩,湍流强度也由两边强、中间弱逐渐转变为两边弱、中间强,并在周期末达到最大。实验研究表明,经过容积交变空化抛光后,Al 1060小孔内表面的粗糙度由0.7044μm降低到0.3247μm,T2 Cu小孔内表面的粗糙度由0.7214μm降低到0.3573μm,小孔内表面粗糙度明显降低。结论容积交变空化抛光小孔内表面具有可行性。可通过提高容积交变频率和容积变化量来提高小孔流道内容积交变空化流场含气率和湍流强度,进而提高容积交变空化抛光小孔内表面的抛光效率。