考虑多气泡的多物理场耦合电解加工仿真

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磁场辅助电解加工是一个多物理场耦合作用的过程,多物理场中的流场可忽略含量很少的固体颗粒,是气—液两相共同组成的,除流场外,多物理场中还存在电场、磁场、和温度场等。在以往磁场辅助电解加工的仿真分析中,多物理场全耦合的仿真较少,且尚未有考虑到流场是气液两相流的多物理场耦合仿真分析。本文考虑了流场是气—液两相流,将磁场、电场、气液两相流场耦合进行仿真分析,通过仿真分析研究了磁场对电解加工的影响。并从微观角度出发,对磁场作用下单个带电粒子和气泡运动进行了理论分析。针对气—液两相流场的研究,采用了三种不同磁场摆放方式的三维物理模型,充分考虑电解加工中阴极所产生气体的因素,建立了磁场复合加工间隙中气液两相流动的数学模型和有限元模型,借助软件Comsol Mutiphysics进行了多物理场耦合仿真,仿真得到了不同磁场下流场中液相流速和气泡的分布情况,并分析了磁场对间隙流场的影响。研究表明,在低流速时,流场中液相和气泡在电磁力的作用下,液相环状分布,气相呈搅拌状分布。在较高流速时,电磁力的作用不及流速的作用,气相和液相的分布均和无磁场时的分布相近。在磁场的三种添加方式下,磁场和电场垂直的磁场摆放方式一和方式三对间隙流场的分布影响最大,磁场和电场平行的摆放方式二对间隙流场的分布影响微弱。针对阳极材料去除的研究,采用两种不同磁场摆放方式的二维物理模型,考虑了流场是气液两相流,建立了磁场复合电解加工成型分析的数学模型和有限元模型,借助软件COMSOL Multiphysics进行了多物理场耦合仿真,研究了磁场对材料去除量的影响规律。研究表明,添加垂直于电场的磁场后,电解加工在材料去除量上比不添加磁场的去除量大,添加平行与电场的磁场后,材料去除量几乎和未添加磁场时一样。在添加垂直磁场情况下,随着磁场强度增加,材料的去除量也增大。为了进一步揭示磁场对电解加工的作用,从微观角度,理论分析了磁场作用下的单个带电粒子运动和单个气泡运动,分析表明在磁场的作用下,磁场改变了带电粒子运动的轨迹,运动的长度变长,同时增强了气泡所处环境的压强,促进着气泡的收缩、膨胀变形,进而加速气泡的破裂。
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