气膜冷却孔电解加工极间流场特性及数值模拟仿真分析

发布时间：2020-11-18 00:38

　　 电解加工是一种先进的特种加工技术,其主要原理是根据阴阳极之间的电子转移、电子得失守恒,使元素化合价发生变化,从而使金属在电解液中发生溶解,实现材料的去除。本文以中空黄铜管电极为阴极、高温镍基合金为阳极进行加工气膜冷却孔,着重研究了在加工过程中间隙内氢气体积分数及电解液温度随加工电压U、电解液入口压力P及电极进给速度f的变化规律。本文所做具体研究如下:(1)运用单因素试验法得出在其它工艺参数不变时,U、P、f三个工艺参数对冷却孔侧面间隙Δs和材料蚀除率MRR的影响规律,并简单分析了造成这种影响的原因。(2)根据电解加工过程中气液两相流原理模拟仿真了各工艺参数对加工过程中极间间隙内氢气体积分数的影响规律。仿真分析了极间间隙内氢气体积分数的分布规律及U、P、f三个参数的变化对氢气体积分数的影响效果,并进一步分析了氢气的分布及体积分数的大小对电解液电导率的影响,进而得出氢气体积分数对冷却孔加工精度和材料蚀除率的影响机理。仿真结果表明:氢气的体积分数在间隙内呈“M”状分布,并且随加工电压U、进给速度f的增大而增大,随入口压力P的增大而减小。(3)根据加工过程中热量的来源及传热方式,仿真分析了U、P、f三个参数的变化对极间间隙内温度场的影响规律,并进一步分析了温度场的分布及大小对电导率产生的影响,进而得出温度场对冷却孔加工精度和材料蚀除率的影响机理。仿真结果表明:电解液温度及靠近阴阳极处电解液温差随U和f的增大而增大,随着P的增大而减小。(4)结合试验数据的变化趋势以及仿真分析结果得出以下结论:只改变U或f,氢气体积分数在影响加工效果的各个因素中占据主导地位;只改变P,电解液温度在影响加工效果的各个因素中占据主导地位。(5)利用Design-Expert软件分析了所选工艺参数U、P、f之间的交互作用,得出最优参数组合,并进行了实验验证。
【学位单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V262;TG662
【部分图文】：

作为飞机的核心部件之一，其主要功能就是为飞机提供足够的动力，提高飞机的使用性能。图1.1 涡轮叶片冷却孔示意图Figure. 1.1 The cooling holes on turbine blades’surface不断提高涡轮进口处燃气温度是提高发动机动力的重要方法，但是，高温往往又使叶片处于相当恶劣的工作环境下。截止至今，性能较优异的发动机的涡轮所承受的温度已经超过涡轮叶片材料本身能承受的温度[1-3]。因此，为了解决这个问题，有两种方法可供选择。第一种方法是选择耐高温、高强高硬度材料作为涡轮叶片的制作材料，如本文所使用的加工材料就是以镍（含量超过一半）为基体的高温镍基合金。类似镍基合金这种材料可以承受650~1000℃范围内的高温，并且具有较高强度及抗燃腐蚀能力[4]。第二

表面保持较长的距离，从而达到很好的冷却效果。基于以上诸多优点，采用气膜冷却方式给叶片进行降温处理是一种非常好的选择。图1.2 气膜冷却方式原理图Figure. 1.2 Schematic diagram of film cooling hole cooling principle涡轮叶片上冷却孔的冷却效果由多种因素组成，其中对冷却效果影响较大的是冷却孔的几何形状和表面形貌。在实际应用中，斜圆柱孔因其结构简单、冷却效果好、实际生产中便于加工而成为最常见的冷却孔之一[7-9]。斜圆柱孔如图 1.3 所示。图1.3 涡轮叶片斜圆柱冷却孔Figure. 1.3 Oblique cylindrical cooling hole of turbine blades

[7-9]。斜圆柱孔如图 1.3 所示。图1.3 涡轮叶片斜圆柱冷却孔Figure. 1.3 Oblique cylindrical cooling hole of turbine blades
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本文编号：2888116