本文關(guān)鍵詞：基于CFD的氣動(dòng)噴砂機(jī)理與噴砂流場(chǎng)特性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《大慶石油學(xué)院》 2006年

基于CFD的氣動(dòng)噴砂機(jī)理與噴砂流場(chǎng)特性研究

曹瑋  

【摘要】：氣動(dòng)噴砂是以壓縮空氣為動(dòng)力,磨料通過(guò)噴嘴加速后,噴射到零件表面,可用于表面強(qiáng)化、表面清洗等工作,廣泛地應(yīng)用于機(jī)械、石油、化工、汽車(chē)、船舶等行業(yè)。 噴嘴是氣動(dòng)噴砂系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件之一,其作用是改變氣固兩相流體的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性,對(duì)噴砂系統(tǒng)的清理效率影響最大�；贑FD技術(shù),研究氣動(dòng)噴砂機(jī)理,對(duì)噴嘴內(nèi)氣固兩相流動(dòng)參數(shù)之間及其與變截面噴嘴幾何參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行分析和研究,為高效噴嘴的設(shè)計(jì)提供依據(jù);研究氣動(dòng)噴砂流場(chǎng),對(duì)噴嘴出流時(shí)氣固兩相流體的自由噴流顆粒流場(chǎng)進(jìn)行分析,并對(duì)氣動(dòng)噴砂作用表面的沖蝕特性進(jìn)行研究,得出氣固兩相流動(dòng)參數(shù)與幾何參數(shù)對(duì)氣動(dòng)噴砂流場(chǎng)特性的影響關(guān)系,為氣動(dòng)噴砂系統(tǒng)高效工作提供理論指導(dǎo);因此,開(kāi)展氣動(dòng)噴砂機(jī)理與噴砂流場(chǎng)特性研究具有重要的實(shí)際意義。 在氣動(dòng)噴砂機(jī)理研究方面,對(duì)噴嘴內(nèi)氣固兩相流采用遵循歐拉—拉格朗日方法的離散相模型。應(yīng)用Fluent軟件,采用標(biāo)準(zhǔn)的k-ε模型對(duì)噴嘴內(nèi)氣體流場(chǎng)進(jìn)行仿真計(jì)算,獲得了氣體的壓力場(chǎng)和速度場(chǎng)的分布;通過(guò)對(duì)固體顆粒在氣體流場(chǎng)中的仿真模擬,得到了固體顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度和動(dòng)力特性的變化規(guī)律。研究表明:固體顆粒粒徑越小,受 氣體影響越大;不同粒徑固體顆粒通過(guò)噴嘴后獲得的最大總動(dòng)量不同,與此對(duì)應(yīng)的噴嘴收縮角也不同,并且粒徑越大,固體顆粒獲得最大總動(dòng)量對(duì)應(yīng)的噴嘴收縮角越小。在氣動(dòng)噴砂流場(chǎng)研究方面,應(yīng)用Spalart-Allmaras模型對(duì)氣體自由噴流流場(chǎng)仿真,獲得噴嘴出口欠膨脹超聲速?lài)娏鳟a(chǎn)生的鏈狀流場(chǎng)結(jié)構(gòu)。對(duì)平板的沖擊流場(chǎng)進(jìn)行仿真,觀察到板激波,駐泡等現(xiàn)象。當(dāng)氣體流場(chǎng)中加入固體顆粒時(shí),得到散射狀的顆粒流場(chǎng)結(jié)構(gòu)。比較不同粒徑固體顆粒對(duì)同一位置的平板的平均沖擊動(dòng)量發(fā)現(xiàn):粒徑為0.4mm~0.8mm固體顆粒對(duì)平板中心的沖擊動(dòng)量值較大,沖擊效果較好。除了由于噴嘴與平板很近時(shí)(小于10mm),顆粒的積聚影響了沖刷效果以外,固體顆粒對(duì)平板中心的沖蝕程度隨著平板與噴嘴出口間距離的增大而減小。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：大慶石油學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類(lèi)號(hào)】：TG234
【目錄】：

摘要3-4

ABSTRACT4-7

第1章 緒 論7-17

1.1 課題研究的目的和意義7

1.2 氣動(dòng)噴砂技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀7-11

1.3 CFD 技術(shù)發(fā)展概述11-15

1.4 氣動(dòng)噴砂仿真研究概況15

1.5 本課題主要研究?jī)?nèi)容15-17

第2章 氣固兩相流模型17-22

2.1 氣固兩相流概述17-18

2.1.1 氣固兩相流動(dòng)分類(lèi)17

2.1.2 氣固兩相湍流模型概述17-18

2.2 氣動(dòng)噴砂兩相流模型的選擇18-20

2.2.1 顆粒加載率的理論描述18-19

2.2.2 顆粒斯托克斯數(shù)的理論描述19

2.2.3 氣動(dòng)噴砂中粒子加載率的計(jì)算19-20

2.3 本章小結(jié)20-22

第3章 氣動(dòng)噴砂噴嘴內(nèi)氣固兩相流仿真22-44

3.1 噴嘴模型及其影響因素22-23

3.2 氣動(dòng)噴砂兩相流的基本假設(shè)23

3.3 噴嘴內(nèi)氣相流場(chǎng)數(shù)學(xué)模型23-30

3.3.1 湍流流動(dòng)的特征23-24

3.3.2 氣相湍流的基本控制方程24

3.3.3 湍流流動(dòng)模型24-28

3.3.4 近壁區(qū)流動(dòng)模型28-30

3.4 噴嘴內(nèi)氣相流場(chǎng)求解過(guò)程30-32

3.4.1 幾何模型及網(wǎng)格劃分30-31

3.4.2 邊界條件31

3.4.3 離散方法和差分格式31

3.4.4 流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法31-32

3.5 噴嘴內(nèi)氣體流動(dòng)分析32-35

3.5.1 噴嘴內(nèi)氣體流動(dòng)的理論分析32-33

3.5.2 氣相流場(chǎng)仿真結(jié)果及分析33-35

3.6 固體顆粒運(yùn)動(dòng)的理論描述35-38

3.6.1 固體顆粒特性簡(jiǎn)述35-37

3.6.2 氣固兩相流中作用在固體顆粒上的力37-38

3.7 固體顆粒的運(yùn)動(dòng)方程38

3.8 固體顆粒仿真及結(jié)果分析38-42

3.8.1 固體顆粒仿真過(guò)程簡(jiǎn)述38-39

3.8.2 粒徑對(duì)顆粒軌跡和速度的影響39-40

3.8.3 不同收縮角情況下的仿真計(jì)算40-41

3.8.4 收縮角對(duì)噴砂效率影響41-42

3.9 本章小結(jié)42-44

第4章 氣動(dòng)噴砂自由噴流流場(chǎng)仿真44-56

4.1 超聲速自由噴流44-47

4.1.1 超聲速自由噴流結(jié)構(gòu)的一般描述44-45

4.1.2 超聲速自由噴流產(chǎn)生機(jī)理45-47

4.2 氣動(dòng)噴砂自由噴流流場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型47-49

4.2.1 氣動(dòng)噴砂自由噴流氣體湍流模型47-49

4.2.2 氣動(dòng)噴砂自由噴流顆粒模型49

4.3 氣動(dòng)噴砂自由噴流流場(chǎng)仿真過(guò)程49-50

4.3.1 氣動(dòng)噴砂自由噴流流場(chǎng)的計(jì)算域49-50

4.3.2 氣動(dòng)噴砂自由噴流的仿真過(guò)程50

4.4 氣動(dòng)噴砂自由噴流仿真結(jié)果及分析50-55

4.4.1 氣動(dòng)噴砂自由噴流氣體流場(chǎng)仿真分析50-53

4.4.2 氣動(dòng)噴砂自由噴流顆粒流場(chǎng)仿真分析53-55

4.5 本章小結(jié)55-56

第5章 氣動(dòng)噴砂對(duì)平板沖蝕的仿真56-65

5.1 固體顆粒對(duì)平板的機(jī)械沖蝕56-57

5.1.1 相關(guān)假設(shè)56

5.1.2 沖蝕磨損的定義56-57

5.2 固體顆粒對(duì)平板的機(jī)械沖蝕仿真57-58

5.2.1 計(jì)算區(qū)域57

5.2.2 網(wǎng)格劃分57

5.2.3 仿真過(guò)程57-58

5.3 氣動(dòng)噴砂對(duì)平板的沖蝕的仿真結(jié)果及分析58-64

5.3.1 氣體流場(chǎng)仿真分析58-60

5.3.2 固體顆粒對(duì)平板的沖蝕60-64

5.4 本章小結(jié)64-65

結(jié)論65-67

攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文67-68

致謝68-69

參考文獻(xiàn)69-72

大慶石油學(xué)院碩士學(xué)位論文詳細(xì)摘要72-80

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本文編號(hào)：212570