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基于CFD的气动喷砂机理与喷砂流场特性研究

发布时间:2016-12-14 13:18

  本文关键词:基于CFD的气动喷砂机理与喷砂流场特性研究,,由笔耕文化传播整理发布。


《大庆石油学院》 2006年

基于CFD的气动喷砂机理与喷砂流场特性研究

曹玮  

【摘要】:气动喷砂是以压缩空气为动力,磨料通过喷嘴加速后,喷射到零件表面,可用于表面强化、表面清洗等工作,广泛地应用于机械、石油、化工、汽车、船舶等行业。 喷嘴是气动喷砂系统中的关键部件之一,其作用是改变气固两相流体的运动和动力特性,对喷砂系统的清理效率影响最大。基于CFD技术,研究气动喷砂机理,对喷嘴内气固两相流动参数之间及其与变截面喷嘴几何参数之间的关系进行分析和研究,为高效喷嘴的设计提供依据;研究气动喷砂流场,对喷嘴出流时气固两相流体的自由喷流颗粒流场进行分析,并对气动喷砂作用表面的冲蚀特性进行研究,得出气固两相流动参数与几何参数对气动喷砂流场特性的影响关系,为气动喷砂系统高效工作提供理论指导;因此,开展气动喷砂机理与喷砂流场特性研究具有重要的实际意义。 在气动喷砂机理研究方面,对喷嘴内气固两相流采用遵循欧拉—拉格朗日方法的离散相模型。应用Fluent软件,采用标准的k-ε模型对喷嘴内气体流场进行仿真计算,获得了气体的压力场和速度场的分布;通过对固体颗粒在气体流场中的仿真模拟,得到了固体颗粒的运动轨迹、速度和动力特性的变化规律。研究表明:固体颗粒粒径越小,受 气体影响越大;不同粒径固体颗粒通过喷嘴后获得的最大总动量不同,与此对应的喷嘴收缩角也不同,并且粒径越大,固体颗粒获得最大总动量对应的喷嘴收缩角越小。在气动喷砂流场研究方面,应用Spalart-Allmaras模型对气体自由喷流流场仿真,获得喷嘴出口欠膨胀超声速喷流产生的链状流场结构。对平板的冲击流场进行仿真,观察到板激波,驻泡等现象。当气体流场中加入固体颗粒时,得到散射状的颗粒流场结构。比较不同粒径固体颗粒对同一位置的平板的平均冲击动量发现:粒径为0.4mm~0.8mm固体颗粒对平板中心的冲击动量值较大,冲击效果较好。除了由于喷嘴与平板很近时(小于10mm),颗粒的积聚影响了冲刷效果以外,固体颗粒对平板中心的冲蚀程度随着平板与喷嘴出口间距离的增大而减小。

【关键词】:
【学位授予单位】:大庆石油学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TG234
【目录】:

  • 摘要3-4
  • ABSTRACT4-7
  • 第1章 绪 论7-17
  • 1.1 课题研究的目的和意义7
  • 1.2 气动喷砂技术发展现状7-11
  • 1.3 CFD 技术发展概述11-15
  • 1.4 气动喷砂仿真研究概况15
  • 1.5 本课题主要研究内容15-17
  • 第2章 气固两相流模型17-22
  • 2.1 气固两相流概述17-18
  • 2.1.1 气固两相流动分类17
  • 2.1.2 气固两相湍流模型概述17-18
  • 2.2 气动喷砂两相流模型的选择18-20
  • 2.2.1 颗粒加载率的理论描述18-19
  • 2.2.2 颗粒斯托克斯数的理论描述19
  • 2.2.3 气动喷砂中粒子加载率的计算19-20
  • 2.3 本章小结20-22
  • 第3章 气动喷砂喷嘴内气固两相流仿真22-44
  • 3.1 喷嘴模型及其影响因素22-23
  • 3.2 气动喷砂两相流的基本假设23
  • 3.3 喷嘴内气相流场数学模型23-30
  • 3.3.1 湍流流动的特征23-24
  • 3.3.2 气相湍流的基本控制方程24
  • 3.3.3 湍流流动模型24-28
  • 3.3.4 近壁区流动模型28-30
  • 3.4 喷嘴内气相流场求解过程30-32
  • 3.4.1 几何模型及网格划分30-31
  • 3.4.2 边界条件31
  • 3.4.3 离散方法和差分格式31
  • 3.4.4 流场数值计算方法31-32
  • 3.5 喷嘴内气体流动分析32-35
  • 3.5.1 喷嘴内气体流动的理论分析32-33
  • 3.5.2 气相流场仿真结果及分析33-35
  • 3.6 固体颗粒运动的理论描述35-38
  • 3.6.1 固体颗粒特性简述35-37
  • 3.6.2 气固两相流中作用在固体颗粒上的力37-38
  • 3.7 固体颗粒的运动方程38
  • 3.8 固体颗粒仿真及结果分析38-42
  • 3.8.1 固体颗粒仿真过程简述38-39
  • 3.8.2 粒径对颗粒轨迹和速度的影响39-40
  • 3.8.3 不同收缩角情况下的仿真计算40-41
  • 3.8.4 收缩角对喷砂效率影响41-42
  • 3.9 本章小结42-44
  • 第4章 气动喷砂自由喷流流场仿真44-56
  • 4.1 超声速自由喷流44-47
  • 4.1.1 超声速自由喷流结构的一般描述44-45
  • 4.1.2 超声速自由喷流产生机理45-47
  • 4.2 气动喷砂自由喷流流场的数学模型47-49
  • 4.2.1 气动喷砂自由喷流气体湍流模型47-49
  • 4.2.2 气动喷砂自由喷流颗粒模型49
  • 4.3 气动喷砂自由喷流流场仿真过程49-50
  • 4.3.1 气动喷砂自由喷流流场的计算域49-50
  • 4.3.2 气动喷砂自由喷流的仿真过程50
  • 4.4 气动喷砂自由喷流仿真结果及分析50-55
  • 4.4.1 气动喷砂自由喷流气体流场仿真分析50-53
  • 4.4.2 气动喷砂自由喷流颗粒流场仿真分析53-55
  • 4.5 本章小结55-56
  • 第5章 气动喷砂对平板冲蚀的仿真56-65
  • 5.1 固体颗粒对平板的机械冲蚀56-57
  • 5.1.1 相关假设56
  • 5.1.2 冲蚀磨损的定义56-57
  • 5.2 固体颗粒对平板的机械冲蚀仿真57-58
  • 5.2.1 计算区域57
  • 5.2.2 网格划分57
  • 5.2.3 仿真过程57-58
  • 5.3 气动喷砂对平板的冲蚀的仿真结果及分析58-64
  • 5.3.1 气体流场仿真分析58-60
  • 5.3.2 固体颗粒对平板的冲蚀60-64
  • 5.4 本章小结64-65
  • 结论65-67
  • 攻读硕士学位期间发表的学术论文67-68
  • 致谢68-69
  • 参考文献69-72
  • 大庆石油学院硕士学位论文详细摘要72-80
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