大涡模拟Smagorinsky模型用于磨粒流精密加工喷嘴的质量控制研究

发布时间：2021-02-16 02:30

　　为研究固液两相磨粒流加工喷嘴小孔过程中的流场分布、涡旋形成规律及涡旋的存在对磨粒流加工的影响机制,采用Smagorinsky亚格子模型对磨粒流加工喷嘴小孔的流道进行大涡数值模拟,并使用磨粒流对变直径喷嘴工件进行加工试验。数值模拟发现磨粒流流体中磨粒与壁面的碰撞与剪切作用随流体的速度增大而增大,同一截面的速度存在速度差,其中还伴随涡旋的存在;通过试验研究发现:经固液两相磨粒流加工后的喷嘴小孔表面质量得到明显提高,喷嘴经过四次不同入口速度的磨粒流加工后大孔处表面粗糙度Ra由1.24μm降至0.542μm,小孔处表面粗糙度Ra由1.21μm降至0.437μm。结论显示固液两相磨粒流加工技术可有效提高被加工喷嘴工件的内表面质量,加工时同一截面的速度存在速度差,速度差的存在利于涡旋的形成,涡旋的存在利于提高磨粒流加工过程的剪切作用,有助于获得高质量的喷嘴小孔内通道表面。 

【文章来源】：中国机械工程. 2020,31(10)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

喷嘴小孔工件示意图

为了对喷嘴小孔工件进行精确的大涡模拟,需对此工件进行网格划分,网格划分后的喷嘴小孔三维流域网格图见图2。网格采用结构化六面体网格,网格数量为398 800,节点数为415 436,网格经检查后可满足数值分析需求。网格模型左侧为磨粒流入口,右侧为磨粒流出口。2.2 大涡模拟边界条件的选择

在磨粒流加工中,磨粒对壁面的切削力与轴向速度相关,轴向速度越大,磨粒对壁面的切削力越大,切削效率就越高,壁面的切削效果越好,轴向速度变化图见图3。由图3可以看出,轴向速度v与入口速度v0成正比关系,轴向速度随入口速度的增大而增大。当磨粒流中流体与磨粒在大孔段运动时,速度增大不明显,大孔段的流道横截面积没有发生改变,磨粒流速度只是因为流道面积较小而发生轻微增大;当磨粒流运动到中间段时,磨粒流速度发生急剧变化,这是因为在10 mm处,流道横截面积突然减小,磨粒流与壁面发生剧烈撞击,速度瞬间增大,颗粒与壁面的切削力瞬间增大,有利于中间段去毛刺和倒圆角;当流体运动至小孔段(15 mm处),磨粒流速度基本保持不变,有利于小孔处的内表面获得均匀一致的加工精度。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于均匀设计法的磨粒流加工试验[J]. 乔泽民,张心明,李俊烨,卫丽丽,赵伟宏.  中国机械工程. 2018(04)
[2]激光诱导空泡微孔抛光机理及实验研究[J]. 陈铁牛,郭钟宁,曾柏文,印四华.  中国机械工程. 2018(03)
[3]离散相磨粒粒径对磨粒流研抛共轨管质量的影响[J]. 李俊烨,胡敬磊,杨兆军,张心明,周曾炜.  吉林大学学报(工学版). 2018(02)
[4]超声空化对软性磨粒流切削效率和质量的影响[J]. 计时鸣,陈凯,谭大鹏,郑晨亮.  农业工程学报. 2017(12)
[5]不同亚格子模型的对比分析及其运用[J]. 俞建阳,王若玉,陈浮,宋彦萍.  工程热物理学报. 2016(11)
[6]介观尺度下磨料浓度对磨粒流加工质量的影响[J]. 李俊烨,乔泽民,杨兆军,张心明.  吉林大学学报(工学版). 2017(03)
[7]颗粒微切削表面创成的分子动力学仿真研究[J]. 李俊烨,董坤,王兴华,张心明.  机械工程学报. 2016(17)
[8]基于Smagorinsky和Vreman模型的竖通道内旋转热流场大涡模拟[J]. 霍岩.  哈尔滨工程大学学报. 2015(06)
[9]磨粒流精密光整加工的微切削机理[J]. 丁金福,刘润之,张克华,鄂世举.  光学精密工程. 2014(12)
[10]离心泵叶轮内部固液两相流动的大涡模拟[J]. 吴玉林,葛亮,陈乃祥.  清华大学学报(自然科学版). 2001(10)



本文编号：3035985