2A02铝合金近壁面激光空泡溃灭特性及作用机理研究

发布时间：2017-11-12 03:11

  本文关键词：2A02铝合金近壁面激光空泡溃灭特性及作用机理研究

  更多相关文章： 激光空化 2A02铝合金 射流冲击力 冲击波压力 空泡溃灭特征 残余应力 表面形貌

【摘要】：空蚀和空化是发生在水利机械的一种无法避免的现象,危害极大。近年来,科学家开始探索利用空泡溃灭的极限条件进行空化强化方面的研究,转换思路,将破坏力转换为加工工具。由于激光空泡因为具有良好的对称性、可操控性,逐渐成为研究空泡射流和冲击波的重要手段,本文以激光空化泡为研究对象,研究激光空化强化机理.利用仿真计算与实验相结合的方法,重点研究了激光空化对于2A02铝合金靶材的作用效果,分析不同条件下,包含液体、泡壁距离以及激光能量等不同参数,对比激光空化对于靶材作用效果的差异,研究空泡溃灭射流和冲击波压力的作用机制,验证激光空化强化的可行性,并得到合理的激光空化强化工艺参数,使激光空化强化技术真正有实用价值。具体的研究内容与结果如下:(1)在FLUENT中建立近壁面激光空泡的模型,采用VOF多相流模型结合空化模型,利用Navier-Stokes方程和激光热效应方程将激光能量合理转化为FLUENT参数,数值模拟了不同液体及不同无量纲常数?下中空泡的溃灭特征,结果表明:无量纲常数?在过大(?=2)和过小(?=0.4)时,空泡溃灭时表面均不易形成凹坑,只有当?=1.2时,空泡表面发生明显的凹陷。同时液体的粘度有利于维持空泡壁的稳定,而液体的表面张力和饱和蒸气压对于整个空泡溃灭特征没有明显的影响。(2)通过数值模拟不同液体及不同无量纲常数?下空泡溃灭的射流速度,分析出造成空泡射流速度差异的原因;利用水锤公式计算由空泡射流产生的射流冲击压力,并将所得到的射流冲击压力与2A02铝合金的屈服强度进行对比,发现射流冲击压力不足以对材料表面产生破坏,验证了射流压力对于靶材表面强化改性的可行性。(3)选择2A02铝合金作为实验靶材,利用激光在水、乙醇、硅油三种不同液体中的靶材附近产生空泡,借助高速摄像机拍摄激光空泡在靶材壁面的整个脉动过程,并将仿真得到的空泡脉动过程与拍摄结果对比,验证仿真模拟的正确性;对比不同液体及泡壁距离H下靶材的表面形貌,分析了空泡溃灭时的射流和冲击波对于靶材表面的作用机制及改善效果;同时在实验中改变激光的能量和空泡与靶材壁面的距离,进一步讨论了不同的激光能量和泡壁距离H对于靶材表面残余应力的影响,结果表明激光能量越大,靶材表面的残余压应力越大,而随着H的增大,靶材表面的残余应力值先增大后减小;对比三种液体中靶材残余应力的大小,可知三种液体中的残余应力均为残余压应力,表明激光空化作用对于靶材表面性能有一定的提升,并将实验得到的残余应力值与仿真得到的射流压力进行对比,发现两者的趋势基本一致,验证了仿真结果的准确性。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.21;TN249

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 汪鸿振,陈光冶;单空泡溃灭模拟实验[J];声学技术;1991年01期

2 黄继汤,李靖;含沙静止液体中人工放电双空泡溃灭的运动形态[J];水利学报;1992年07期

3 李贝贝;张宏超;韩冰;陈军;倪晓武;陆建;;圆锥边界附近激光空泡溃灭行为的研究[J];物理学报;2012年17期

4 黄建波,李士豪,倪汉根;掺气对空泡溃灭压力的影响[J];水利学报;1985年04期

5 陆力,许协庆;固液两相流体中刚性平面边壁附近的空泡溃灭计算[J];水动力学研究与进展(A辑);1990年04期

6 陆力,黄继汤,许协庆;固液两相流体中的空泡溃灭计算[J];力学学报;1991年01期

7 陆力;液流中边壁附近的空泡溃灭研究[J];水利学报;1992年03期

8 黄继汤,李靖;含沙静止液体中双空泡溃灭时的动力特性[J];水利学报;1993年02期

9 邓圆;金韬;池灏;周金海;;激光空泡溃灭及其产生的声波[J];强激光与粒子束;2013年11期

10 赵瑞;梁忠诚;徐荣青;陆建;倪晓武;;固壁面附近空泡溃灭研究[J];南京邮电大学学报(自然科学版);2009年01期

中国重要会议论文全文数据库 前3条

1 鲁传敬;李杰;;水下航行体出水空泡溃灭过程及其特性研究[A];第十一届全国水动力学学术会议暨第二十四届全国水动力学研讨会并周培源诞辰110周年纪念大会文集（上册）[C];2012年

2 赵瑞;徐荣青;杨波;沈中华;陆建;倪晓武;;空泡溃灭及空化噪声研究[A];江苏、山东、河南、江西、黑龙江五省光学（激光）联合学术'05年会论文集[C];2005年

3 陈瑛;鲁传敬;陈鑫;李杰;曹嘉怡;宫兆新;;航行体带攻角减速运动诱导空泡溃灭压力的数值模拟研究[A];第十三届全国水动力学学术会议暨第二十六届全国水动力学研讨会论文集——F船舶与海洋工程流体力学[C];2014年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 陈笑;高功率激光与水下物质相互作用过程与机理研究[D];南京理工大学;2004年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 王春;烟气脱硫系统循环泵的气蚀机理及防治措施[D];重庆大学;2015年

2 吴坤;2A02铝合金近壁面激光空泡溃灭特性及作用机理研究[D];江苏大学;2016年

，

本文编号：1174063