钐铁氮合金液高压雾化氮淬过程数值模拟研究

发布时间：2017-07-04 00:23

  本文关键词：钐铁氮合金液高压雾化氮淬过程数值模拟研究

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【摘要】：钐铁氮合金是磁性能的优良永磁材料,其制粉工艺一直是其生产制备中的重要环节,其中紧耦合气雾化喷嘴是金属熔体制粉工艺中的关键技术之一。雾化目的就是将钐铁氮熔体进行破碎,得到颗粒度小,尺寸均匀;并使雾滴与高速运动的气体充分接触增强换热作用,令雾滴快速冷却成固体颗粒粉末,为渗氮控氮提高良好的条件,从而得到磁性能较好的钐铁氮粉体。通过对钐铁氮系合金熔体进行雾化氮淬模拟,分析其雾化特性,得到雾化过程中颗粒冷却情况,颗粒尺寸分布等结果,为钐铁氮合金液的雾化氮淬实验提供重要依据。通过理论分析熔体雾化破碎的全过程,建立了旋转流场初始破碎理论模型和二次破碎模型。结合理论模型,模拟了熔体液流初始雾化过程,并根据气液两相在喷嘴出口附近的模拟结果,对喷嘴外二次雾化氮淬过程进行了模拟研究。对于初始雾化过程,将旋流式气流雾化与无旋气流的雾化进行对比,发现相同流量下,旋转气流会形成中心上升气流,使熔体射流向液膜状变形;而无旋气流则加大了熔体的聚集程度,不利于雾化的进行。此外,随着旋转气流流量的增加,熔体液流会从喷泉状射流向伞状液膜突变,突变发生时气体流量为0.0038kg/s。通过对影响雾化特性的因素进行优化,模拟研究发现,雾化角度45°并充分过热(过热度500℃)时,气体对熔体的冲击和冷却效果最明显;将过热度控制在100℃时,既能达到较好的雾化效果,又不会带入过多的热量使凝固前飞行距离较短;最后还分析了不同组分-环境压力下的雾化过程,发现提高环境压力会明显改善雾化效果;将Ar2气体混合到N_2气体进行雾化后增大了气体密度,能有效降低雾化所需的环境压力,将N_2含量控制在25-50%时,选用2MPa的环境压力即可得到较好的雾化效果。综合得出,雾化角度45°时,采用2MPa的环境压力,N_2含量25-50%的雾化介质对过热度为100℃的熔体进行雾化的雾化效果最理性,为钐铁氮系合金雾化氮淬实验提供了理论指导。
【关键词】：钐铁氮 气雾化 数值模拟 索特平均直径 优化
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG132.27;TB383.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 引言9-10
• 第1章 绪论10-25
• 1.1 SmFeN永磁材料的研究现状10-13
• 1.1.1 SmFeN稀土永磁材料的产生10-11
• 1.1.2 SmFeN永磁材料的研制现状及存在的问题11-13
• 1.2 气雾化制粉技术的概述13-17
• 1.2.1 气雾化法制粉技术的发展历程13-15
• 1.2.2 气雾化制粉的典型方式15-17
• 1.3 雾化机理的研究现状17-21
• 1.3.1 初始破碎过程17-19
• 1.3.2 二次破碎过程19-21
• 1.3.3 冷却凝固过程21
• 1.4 雾化过程数值模拟概况21-23
• 1.4.1 多相流模型21-22
• 1.4.2 离散型模型22-23
• 1.4.3 雾化模拟研究现状23
• 1.5 课题的提出及研究内容23-25
• 1.5.1 研究背景23-24
• 1.5.2 研究内容24-25
• 第2章 雾化过程理论模型25-39
• 2.1 引言25-26
• 2.2 初始雾化过程26-31
• 2.2.1 液膜的形成26-30
• 2.2.2 初始雾化破碎30-31
• 2.3 二次雾化模型31-33
• 2.3.1 液滴破碎形式31-32
• 2.3.2 液滴二次雾化形式的确定32-33
• 2.3.3 稳定液滴的形成33
• 2.4 雾滴冷却凝固过程模型33-38
• 2.4.1 总体热量交换平衡33-35
• 2.4.2 热量传递模型35-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第3章 钐铁合金液雾化氮淬过程计算机模拟研究39-48
• 3.1 雾化数值模拟方法39-41
• 3.1.1 数值模拟软件的分析过程39-40
• 3.1.2 钐铁合金雾化氮淬的模拟方法40-41
• 3.2 初始雾化模拟研究41-44
• 3.2.1 初始雾化模型的建立与网格划分41-43
• 3.2.2 初始雾化参数的设置43
• 3.2.3 模拟的结果与分析43-44
• 3.3 合金雾化氮淬过程模拟研究44-47
• 3.3.1 雾化氮淬模型的建立44-45
• 3.3.2 雾化参数的设置45-46
• 3.3.3 雾化氮淬模拟结果与分析46-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第4章 钐铁合金雾化氮淬模拟参数优化48-62
• 4.1 气体流量对初始雾化形式的影响48-50
• 4.2 雾化氮淬过程中模拟参数优化50-54
• 4.2.1 雾化角度50-53
• 4.2.2 熔体过热度53-54
• 4.3 高压环境下雾化氮淬模拟优化54-57
• 4.4 混合组分淬冷气体高压雾化模拟57-60
• 4.5 模拟总结60-62
• 结论62-64
• 参考文献64-70
• 致谢70-71
• 导师简介71-73
• 作者简介73-74
• 学位论文数据集74

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本文编号：515752