大气感应耦合等离子体射流加工中热影响及对策研究
发布时间：2022-07-03 14:55
为了满足惯性约束聚变、空间观测、航空航天等科学工程中对光学元件加工效率、制造精度的要求,光学加工领域发展了许多超光滑表面加工技术,诸如离子束加工、磁流变抛光以及气囊抛光等。作为一种基于化学反应的新型加工方式,大气等离子体加工技术通过激发活性粒子与元件表面进行反应实现材料去除,具有加工效率高、不产生损伤层以及成本低等优势。目前,大气等离子体源具有诸多种类,包括容性耦合等离子体、感应耦合等离子体等。相较于前者,一方面,感应耦合等离子体的激发可以避免电极污染,且形成的等离子体射流能量高,材料去除率可以大大提升。另一方面,等离子体射流的高温高焓特性引发的热影响又制约着光学元件的高精度加工。基于传热理论,本文对元件温度场依次开展了模型建立、仿真分析、实验验证等各个方面的研究,随后通过实验总结了热影响规律,以实现保形加工为目标,结合仿真进行参数控制,从而给出避免热影响的有效方法。首先,以广义低温等离子体加工中的能量平衡为基础,选择合适的边界条件,建立了射流加工中的传热模型;通过FLUENT有限元分析软件,结合流场传热理论,对元件表面射流特性进行了分析;开展稳态测温实验,完成了不同加工条件下元件表面...
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题来源
1.2 课题研究目的及意义
1.3 大气压等离子体加工技术的国内外研究现状分析
1.3.1 等离子体射流加工
1.3.2 反应原子等离子体加工技术
1.3.3 大气等离子体加工技术
1.4 大气压等离子体加工中温度与热问题的研究现状
1.5 本文的主要研究内容
第2章 等离子体射流加工中传热模型的建立
2.1 引言
2.2 等离子体射流加工中的能量平衡与传热分析
2.2.1 广义低温等离子体加工中的能量平衡
2.2.2 大气感应耦合等离子体射流加工中元件的传热过程
2.3 基于FLUENT的元件表面流场与温度场仿真研究
2.3.1 基于FLUENT的等离子体射流仿真理论基础
2.3.2 射流作用下元件表面的流场与温度场分析
2.4 元件表面射流热流密度的标定
2.4.1 等离子体射流作用下元件表面温度的实验测定
2.4.2 等离子体射流作用下元件表面热流密度的标定
2.5 本章小结
第3章 射流加工参数对元件温度场的影响研究
3.1 引言
3.2 基于COMSOL的元件温度场瞬态仿真分析
3.3 射流加工中不同参数对元件温度场的影响分析
3.3.1 元件尺寸对温度的影响
3.3.2 运动速度对温度的影响
3.3.3 栅距对温度的影响
3.4 改善元件温度场仿真分析
3.4.1 增加水冷工作台
3.4.2 添加牺牲片
3.5 本章小结
第4章 保形加工中的热影响以及对策研究
4.1 引言
4.2 射流作用下的动态测温实验以及模型验证
4.2.1 射流作用下的元件表面动态测温实验
4.2.2 传热模型的验证以及误差分析
4.3 射流作用下的热影响实验研究
4.3.1 射流作用下温度对于元件面形的热影响
4.3.2 射流作用下温度对于去除速率的热影响
4.4 大气等离子体射流保形加工中的热影响原因分析
4.5 热影响对策以及实验验证
4.5.1 基于参数控制的热影响对策分析
4.5.2 热影响预测以及实验验证
4.6 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]光学材料抛光亚表面损伤检测及材料去除机理[J]. 王卓,吴宇列,戴一帆,李圣怡,鲁德凤,徐惠赟. 国防科技大学学报. 2009(02)
[2]辐射测温技术综述[J]. 王文革. 宇航计测技术. 2005(04)
博士论文
[1]大气感应耦合等离子体射流特性与加工表面演变机理研究[D]. 辛强.哈尔滨工业大学 2017
[2]大气等离子体去除熔石英损伤层过程中表面形成机理研究[D]. 金会良.哈尔滨工业大学 2014
硕士论文
[1]大气等离子体射流炬设计及性能研究[D]. 苏星.哈尔滨工业大学 2016
[2]硅基材料的电感耦合等离子体射流加工技术研究[D]. 金江.哈尔滨工业大学 2013
[3]大气等离子体加工熔石英材料过程的若干影响因素研究[D]. 王东方.哈尔滨工业大学 2011
[4]计算机控制大气等离子体光学加工方法研究[D]. 贺启强.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3655085
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题来源
1.2 课题研究目的及意义
1.3 大气压等离子体加工技术的国内外研究现状分析
1.3.1 等离子体射流加工
1.3.2 反应原子等离子体加工技术
1.3.3 大气等离子体加工技术
1.4 大气压等离子体加工中温度与热问题的研究现状
1.5 本文的主要研究内容
第2章 等离子体射流加工中传热模型的建立
2.1 引言
2.2 等离子体射流加工中的能量平衡与传热分析
2.2.1 广义低温等离子体加工中的能量平衡
2.2.2 大气感应耦合等离子体射流加工中元件的传热过程
2.3 基于FLUENT的元件表面流场与温度场仿真研究
2.3.1 基于FLUENT的等离子体射流仿真理论基础
2.3.2 射流作用下元件表面的流场与温度场分析
2.4 元件表面射流热流密度的标定
2.4.1 等离子体射流作用下元件表面温度的实验测定
2.4.2 等离子体射流作用下元件表面热流密度的标定
2.5 本章小结
第3章 射流加工参数对元件温度场的影响研究
3.1 引言
3.2 基于COMSOL的元件温度场瞬态仿真分析
3.3 射流加工中不同参数对元件温度场的影响分析
3.3.1 元件尺寸对温度的影响
3.3.2 运动速度对温度的影响
3.3.3 栅距对温度的影响
3.4 改善元件温度场仿真分析
3.4.1 增加水冷工作台
3.4.2 添加牺牲片
3.5 本章小结
第4章 保形加工中的热影响以及对策研究
4.1 引言
4.2 射流作用下的动态测温实验以及模型验证
4.2.1 射流作用下的元件表面动态测温实验
4.2.2 传热模型的验证以及误差分析
4.3 射流作用下的热影响实验研究
4.3.1 射流作用下温度对于元件面形的热影响
4.3.2 射流作用下温度对于去除速率的热影响
4.4 大气等离子体射流保形加工中的热影响原因分析
4.5 热影响对策以及实验验证
4.5.1 基于参数控制的热影响对策分析
4.5.2 热影响预测以及实验验证
4.6 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]光学材料抛光亚表面损伤检测及材料去除机理[J]. 王卓,吴宇列,戴一帆,李圣怡,鲁德凤,徐惠赟. 国防科技大学学报. 2009(02)
[2]辐射测温技术综述[J]. 王文革. 宇航计测技术. 2005(04)
博士论文
[1]大气感应耦合等离子体射流特性与加工表面演变机理研究[D]. 辛强.哈尔滨工业大学 2017
[2]大气等离子体去除熔石英损伤层过程中表面形成机理研究[D]. 金会良.哈尔滨工业大学 2014
硕士论文
[1]大气等离子体射流炬设计及性能研究[D]. 苏星.哈尔滨工业大学 2016
[2]硅基材料的电感耦合等离子体射流加工技术研究[D]. 金江.哈尔滨工业大学 2013
[3]大气等离子体加工熔石英材料过程的若干影响因素研究[D]. 王东方.哈尔滨工业大学 2011
[4]计算机控制大气等离子体光学加工方法研究[D]. 贺启强.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3655085
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