液滴喷射过程仿真分析及喷射成型装置开发

发布时间：2017-06-03 11:05

  本文关键词：液滴喷射过程仿真分析及喷射成型装置开发，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：液滴喷射增材制造技术是近年来发展起来的一种新的快速成型技术,由于其成型材料广泛、能耗小、成本低、成型件精度高,被广泛应用于生物医学、微结构制造以及微电子等领域。现有的液滴喷射成型装置多采用气压供压,经常出现压力不稳,导致装置整体性能较差,且对液滴喷射断裂机理和液滴形态的影响因素研究较少。因此,本文在对液滴喷射过程进行仿真分析的基础上,开发了液压供液加压式液滴喷射成型装置。仿真分析了液滴的喷射过程。首先,从流体力学理论出发介绍了液滴喷射类型、射流不稳定性理论以及液滴断裂机理。其次,采用FLUENT软件利用流体体积(Volume of Fluid,VOF)两相流模型模拟了脉冲信号作用下喷射液的喷射过程,分别对液滴断裂过程中的流场、速度场、气流场和压力场进行了深入分析,揭示了断裂过程中液滴外部和内部的微观变化规律,并说明了变化的原因。最后,对喷射下落过程中影响液滴形态的因素进行了仿真分析,研究了喷射液物理性质参数和喷射工艺参数对液滴大小与成球距离的影响。结果表明:喷射下落过程中液滴的形态变化主要经历了伸长、颈缩、断裂、振荡、成球五个阶段;下落过程是一个液滴内部速度和压力不断调整变化的过程;喷射液物理性质参数对液滴形态的影响甚小,液滴形态主要受喷射工艺参数的影响。开发了液压供液加压式液滴喷射成型装置。制作了多种类型的喷头,设计并搭建了三种液压供液加压系统,经多次改进开发出了较为完善的液滴喷射成型装置,最后利用开发出的喷射成型装置对本文的仿真结论进行了具体实验验证,实验结果与仿真结论吻合较好,设备运行稳定、喷射可行。本研究对液滴喷射增材制造技术的发展、推广与应用具有一定的实际意义。
【关键词】：液滴喷射 仿真分析 喷射成型装置
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH16
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 选题背景和研究意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.2.1 液滴喷射成型装置的发展现状10-13
• 1.2.2 液滴喷射过程仿真分析的发展现状13-15
• 1.3 研究内容及章节安排15-16
• 1.3.1 研究内容15
• 1.3.2 章节安排15-16
• 2 液滴喷射理论基础16-22
• 2.1 液滴喷射类型16-17
• 2.1.1 连续式喷射16
• 2.1.2 按需式喷射16-17
• 2.2 射流断裂理论分析17-21
• 2.2.1 常用无量纲数17-18
• 2.2.2 控制方程18
• 2.2.3 不稳定性理论及其影响因素18-19
• 2.2.4 射流断裂机理19-21
• 2.3 本章小结21-22
• 3 液滴喷射断裂过程数值模拟22-35
• 3.1 FLUENT和ImageJ软件简介22-23
• 3.1.1 FLUENT软件简介22
• 3.1.2 VOF模型22-23
• 3.1.3 ImageJ软件简介23
• 3.2 液滴喷射仿真过程23-25
• 3.3 流场仿真结果与分析25-26
• 3.4 速度场仿真结果与分析26-28
• 3.5 气流场仿真结果与分析28-30
• 3.6 压力场仿真结果与分析30-34
• 3.7 本章小结34-35
• 4 喷射过程液滴形态仿真分析35-54
• 4.1 液体物理性质参数的测定与分析36-40
• 4.1.1 粘度、表面张力测定36-38
• 4.1.2 测定结果分析38-40
• 4.2 喷射液物理性质参数对液滴大小和成球距离的影响40-44
• 4.2.1 粘度40-41
• 4.2.2 表面张力41-43
• 4.2.3 接触角43-44
• 4.3 喷射工艺参数对液滴大小和成球距离的影响44-53
• 4.3.1 喷嘴直径44-46
• 4.3.2 喷嘴长径比46-48
• 4.3.3 喷射速度48-50
• 4.3.4 扰动频率50-53
• 4.4 本章小结53-54
• 5 液滴喷射成型装置开发及实验研究54-77
• 5.1 液滴喷射成型装置的整体设计方案54
• 5.2 喷头的制作54-59
• 5.2.1 压电喷头的制作54-57
• 5.2.2 非压电喷头的制作57-59
• 5.3 供液加压系统的设计与实现59-63
• 5.3.1 配重块式供液加压系统59
• 5.3.2 液压缸缓冲式供液加压系统59-61
• 5.3.3 液压泵直接供液加压系统61-63
• 5.4 喷射实验初探63-68
• 5.4.1 运动平台调试及喷射装置整体搭建63-64
• 5.4.2 液滴喷射初步实验64-68
• 5.5 影响液滴喷射成型质量的因素分析68-71
• 5.5.1 影响液滴大小的因素68-69
• 5.5.2 影响线宽的因素69-70
• 5.5.3 影响平面粗糙度的因素70-71
• 5.5.4 影响三维实体成型精度的因素71
• 5.6 喷射工艺参数对成型质量的影响71-76
• 5.6.1 喷嘴直径72-73
• 5.6.2 喷嘴长径比73
• 5.6.3 喷嘴到基板距离73-74
• 5.6.4 喷射速度74
• 5.6.5 扰动频率74-75
• 5.6.6 综合影响75-76
• 5.7 本章小结76-77
• 6 结论与展望77-79
• 6.1 结论77-78
• 6.2 展望78-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-84
• 附录84

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