论文部分内容阅读
前混合磨料射流加工技术具有无热影响、加工质量高、对被加工材料力学性能影响小等优势,在航空航天、机械制造、医药卫生等领域应用广泛。但其加工精度受射流喷嘴外自由射流区域中射流结构扩散和磨料颗粒运动及空间分布的影响。因此,本文利用数值模拟结合实验的方法对前混合磨料射流喷嘴外自由射流区域中射流和磨料颗粒的运动速度及空间分布开展研究。本文耦合LES湍流模型、VOF多相流模型、DEM离散元模型对前混合磨料射流流场开展数值模拟,研究喷嘴外自由射流区域中射流和磨料颗粒的运动速度及空间分布,分析不同射流参数(射流压力、靶距)对射流和颗粒的速度及分布的影响规律。然后,开展前混合磨料射流高速动态捕捉实验,验证射流结构数值模拟的可靠性;并开展磨料射流喷射实验,结合弹性碰撞理论得出的颗粒撞击坑深理论公式,验证颗粒运动数值模拟的可靠性。最后,运用射流喷射实验台开展前混合磨料射流和磨料浆体射流对比试验研究。通过开展上述研究,得出了以下主要结论:(1)运用LES湍流模型、VOF多相流模型、DEM离散元模型耦合开展前混合磨料射流流场的数值模拟,经高速动态捕捉实验和磨料射流喷射实验验证,数值模拟可靠性较高,最大误差约为7%。(2)喷嘴轴线的射流体积分数随射流喷射距离增加逐渐降低,射流表面出现液滴剥离、破碎、雾化现象。射流速度随压力增加而增加,随喷射距离增加而降低。射流核心区长度与射流压力无关,保持在20mm附近波动。(3)磨料颗粒受射流发散影响,颗粒随射流喷射距离增加逐渐扩散。在喷嘴外自由射流区域中,磨料颗粒具有惯性,其速度随射流喷射距离的增加先增加后减小,颗粒速度存在最大值。(4)高聚物添加剂能很好的提高射流稳定性,磨料浆体射流的磨料颗粒未见明显发散,颗粒集中分布在喷嘴轴线区域;颗粒速度随射流喷射距离的增加而逐渐增加至最大值。本文得出了前混合磨料射流喷嘴外自由射流区域中射流结构和磨料颗粒运动及空间分布规律,对提高前混合磨料射流精密加工精度和效率具有一定的指导意义。