基于微量润滑磨削的喷嘴雾化仿真与实验研究

发布时间：2017-08-29 21:30

  本文关键词：基于微量润滑磨削的喷嘴雾化仿真与实验研究

  更多相关文章： 喷嘴 雾化 数值仿真 微量润滑 磨削

【摘要】：在传统磨削加工过程中,由于磨削比能很高,容易产生大量的磨削热。这些热量往往很难及时散失出去而积聚在磨削区,从而产生磨削烧伤,影响工件加工质量和砂轮使用寿命。有学者提出微量润滑技术(Minimum quantity Lubrication,简称MQL),即用极微量的切削液以特定的方式注入加工区,对工件和刀具进行润滑和冷却。然而在MQL磨削中,由于砂轮高速旋转,在其表面容易形成一层具有一定速度和压力的气障层,阻碍雾滴有效进入磨削区。目前对于MQL应用在磨削领域的研究报告尚不多见,对于磨削气障层问题的研究也较少。针对上述问题,本文首先对磨削液的雾化进行理论研究,建立了雾化数学模型;对MQL磨削中润滑油雾化的重要部分喷嘴进行结构设计,提出“侧混式”和“双喷口”结构的喷嘴;建立了喷嘴的几何模型和相关仿真模型,对喷嘴的气流场和喷雾场进行了仿真研究。具体包括:(1)分析了液体的雾化机理,并通过K-H不稳定理论和正弦模型建立液体的二级雾化模型。理论计算液体的初级雾滴分布,即一级雾化,然后将一级雾化的结果导入稳定的气相场进行喷雾仿真,此为二级雾化。(2)设计了一种新型结构的喷嘴,对喷嘴的结构进行了分析,并建立了相应的几何模型。(3)根据CFD(Computational Fluid Dynamics,即计算流体力学)方法,建立了喷嘴内流场、外流场和加工时的仿真模型,并进行了仿真分析。重点研究了喷嘴内部气相场、外部气相场和喷雾场。探究了不同喷嘴结构、工作参数对流体的速度和雾化效果的影响。(4)在数学建模和数值仿真的基础上,将本文喷嘴与传统喷嘴进行了对比仿真分析,对流体的喷射速度和液滴的直径进行了比较,并进行了实验验证。实验结果与仿真结果基本吻合,验证了二次雾化模型的正确性。
【关键词】：喷嘴 雾化 数值仿真 微量润滑 磨削
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG580.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 背景及研究意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-20
• 1.2.1 微量润滑技术的研究12-13
• 1.2.2 磨削气流场的研究13-14
• 1.2.3 雾化研究方法14-17
• 1.2.4 雾化喷嘴的研究17-20
• 1.3 课题来源及研究内容20-22
• 第二章 喷嘴的雾化理论及物理模型22-29
• 2.1 雾化基本理论22-24
• 2.2 二级雾化模型24-27
• 2.3 侧混式喷嘴物理模型27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 侧混式喷嘴的CFD数值仿真29-45
• 3.1 商业CFD软件Fluent简介29-32
• 3.1.1 Fluent的求解步骤29-31
• 3.1.2 Fluent中的雾化模型31-32
• 3.2 侧混式喷嘴的内流场仿真及分析32-38
• 3.2.1 喷嘴内流场数值方法32-33
• 3.2.2 网格模型33-34
• 3.2.3 参数设置34
• 3.2.4 仿真结果及分析34-35
• 3.2.5 不同条件对内流场的影响35-38
• 3.3 侧混式喷嘴的外流场仿真及分析38-40
• 3.3.1 网格模型38-39
• 3.3.2 侧混式喷嘴外流场的仿真39-40
• 3.4 侧混式喷嘴离散相的仿真及分析40-43
• 3.4.1 Fluent中的液滴追踪模型40-42
• 3.4.2 侧混式喷嘴离散相喷雾场的仿真42-43
• 3.5 本章小结43-45
• 第四章 “双喷口”喷嘴的CFD数值仿真45-55
• 4.1 “双喷口”喷嘴结构设计45-47
• 4.2 “双喷口”喷嘴雾化仿真分析47-50
• 4.2.1 网格模型47
• 4.2.2 参数设置47
• 4.2.3 连续相仿真结果47-49
• 4.2.4 喷雾场仿真结果与分析49-50
• 4.3 “双喷口”喷嘴与单口喷嘴雾化效果对比50-53
• 4.3.1 仿真对比50-52
• 4.3.2 实验验证52-53
• 4.4 本章小结53-55
• 总结与展望55-57
• 参考文献57-62
• 致谢62-63
• 附录A 攻读硕士时期取得研究成果63

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本文编号：755542