基于双层雾化器设计的气体流场和雾化过程的模拟研究

发布时间：2017-03-28 21:09

  本文关键词：基于双层雾化器设计的气体流场和雾化过程的模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：材料制备技术中，喷射成形以快速凝固的特点得到广泛应用。雾化过程是喷射成形的关键，雾化器使金属液获得高能量和高速度，影响雾化效率、雾化范围、雾化质量及稳定性，决定坯锭性能，在雾化过程中有重要作用。 本文设计了一种新型双层复合式雾化器，由上层约束式雾化器和下层开放式雾化器组成，气室中增加挡板结构，以避免单向进气和双向进气造成的压力和气体流速不均等现象。 本文首先通过Fluent进行流场状态模拟，探究新型双层复合式雾化器结构和工艺参数对气体流场的影响，确定新型双层复合式雾化器的最佳结构和工艺参数。然后，利用Fluent对初次雾化、二次雾化以及雾化后液滴在流场中的运动规律进行模拟分析，从而深入了解雾化过程中液柱和液滴的破碎机制。最后，进行水雾化模拟实验，验证模拟结果。 通过对不同状态下流场的对比分析得出新型双层复合式雾化器的最优结构参数如下：上层雾化器出气口交角30°，下层雾化器的中心孔径60mm，出气口交角60°，下层雾化器出气口位于导液管口上方5mm；上层雾化压力0.4MPa，，下层雾化压力2.0MPa时，流场比较稳定。 通过对雾化过程的分析以及雾化后液滴运动情况的观察得出：初次雾化时，随着上层雾化气体速度的增高，液柱的破碎模式由波动破碎向液膜破碎转变；二次雾化时，韦伯数（We）增大，液滴越容易破碎；雾化后液滴在流场中的运动受自身动能影响，动能大的受流场影响小。 通过水雾化模拟实验对模拟结果进行验证，结果表明该双层复合式雾化器工作性能良好，不同结构和压力配合下的流场特征与模拟结果基本一致，该双层复合式雾化器可应用于喷射成形生产。
【关键词】：双层复合式雾化器 流场 雾化过程 液滴
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH122;O35
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 课题背景及意义11
• 1.2 喷射成形概况及发展11-12
• 1.2.1 概况11-12
• 1.2.2 发展及现状12
• 1.3 雾化过程12-13
• 1.3.1 初次雾化12-13
• 1.3.2 二次雾化13
• 1.4 雾化器13-15
• 1.5 课题研究的主要内容15-16
• 第2章 Fluent 数值模拟及实验方案16-23
• 2.1 引言16
• 2.2 Fluent 软件简介16
• 2.3 控制方程16-18
• 2.3.1 质量守恒方程16-17
• 2.3.2 动量守恒方程17
• 2.3.3 能量守恒方程17-18
• 2.4 物理模型18-20
• 2.4.1 VOF 模型和离散相模型18
• 2.4.2 湍流模型18-20
• 2.5 Fluent 求解方式20-21
• 2.6 实验方案21-23
• 第3章 双层复合式雾化器结构优化及流场分析23-48
• 3.1 引言23
• 3.2 新型雾化器的设计和研究思路23-26
• 3.2.1 雾化器的设计23-24
• 3.2.2 研究思路24-26
• 3.3 雾化器气室结构对雾化流场的影响26-28
• 3.4 雾化器结构参数对雾化流场的影响28-38
• 3.4.1 上层雾化器出气口交角对雾化流场的影响28-30
• 3.4.2 下层雾化器出气口交角对雾化流场的影响30-33
• 3.4.3 上下层雾化器间距对雾化流场的影响33-36
• 3.4.4 下层雾化器中心孔直径大小对流场的影响36-38
• 3.5 上下层雾化压力对流场的影响38-46
• 3.5.1 上层雾化器单独工作时的流场分析38-40
• 3.5.2 下层雾化器单独工作时的流场分析40-41
• 3.5.3 上下层雾化器共同工作时的流场分析41-46
• 3.6 本章小结46-48
• 第4章 金属液的雾化及液滴运动48-66
• 4.1 引言48
• 4.2 液柱变形与初次雾化48-53
• 4.2.1 理论分析和建立模型48-49
• 4.2.2 液柱的变形和破碎49-53
• 4.3 液滴的变形与二次雾化53-60
• 4.3.1 理论分析和建立模型53-54
• 4.3.2 液滴粒径对液滴变形破碎的影响54-57
• 4.3.3 气液相对速度对液滴变形破碎的影响57-60
• 4.4 液滴在流场内的运动60-64
• 4.4.1 液滴运动的理论分析60-61
• 4.4.2 液滴大小对其在流场中运动的影响61-63
• 4.4.3 液滴入射速度对其在流场中运动的影响63-64
• 4.5 本章小结64-66
• 第5章 基于雾化器设计的物理模拟66-74
• 5.1 引言66
• 5.2 实验装置66
• 5.3 实验及结果分析66-73
• 5.3.1 水雾化试喷实验66-67
• 5.3.2 水雾化模拟实验对工艺参数模拟结果的验证67-70
• 5.3.3 水雾化模拟实验对结构参数模拟结果的验证70-73
• 5.4 本章小结73-74
• 结论74-75
• 参考文献75-79
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文79-80
• 致谢80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘宏伟;张龙;王建江;杜心康;;喷射成形工艺与理论研究进展[J];兵器材料科学与工程;2007年03期

2 孙剑飞,曹福洋,崔成松,沈军,李庆春;金属雾化过程中气体流场动力学行为[J];粉末冶金技术;2002年02期

3 欧阳鸿武;陈欣;余文焘;黄伯云;;气雾化制粉技术发展历程及展望[J];粉末冶金技术;2007年01期

4 霍光;匡星;况春江;邓德国;;喷射成形工艺的理论研究进展[J];粉末冶金技术;2008年05期

5 刘杨;李周;张国庆;许文勇;袁华;;喷射成形雾化器结构对流场的影响[J];粉末冶金技术;2014年02期

6 张国庆;李周;田世藩;颜鸣皋;;喷射成形高温合金及其制备技术[J];航空材料学报;2006年03期

7 王立锋;范征锋;叶文华;李英骏;;用NND格式模拟Kelvin-Helmholtz不稳定性[J];计算物理;2010年02期

8 李周,张国庆,田世藩,颜鸣皋;高温合金特种铸造技术——喷射铸造的研究和发展[J];金属学报;2002年11期

9 曲迎东;李晓宏;刘同帮;李荣德;白彦华;李晨希;;喷射成形空心射流流场模拟[J];沈阳工业大学学报;2011年05期

10 李玉军;张贤杰;王俊彪;;喷口结构对雾化流场影响规律的数值模拟[J];西安工业大学学报;2012年12期

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1 赵文军;喷射沉积气体流场与雾化机制研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

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本文编号：273026