本文關(guān)鍵詞：基于微量潤滑磨削的噴嘴霧化仿真與實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：在傳統(tǒng)磨削加工過程中,由于磨削比能很高,容易產(chǎn)生大量的磨削熱。這些熱量往往很難及時散失出去而積聚在磨削區(qū),從而產(chǎn)生磨削燒傷,影響工件加工質(zhì)量和砂輪使用壽命。有學(xué)者提出微量潤滑技術(shù)(Minimum quantity Lubrication,簡稱MQL),即用極微量的切削液以特定的方式注入加工區(qū),對工件和刀具進(jìn)行潤滑和冷卻。然而在MQL磨削中,由于砂輪高速旋轉(zhuǎn),在其表面容易形成一層具有一定速度和壓力的氣障層,阻礙霧滴有效進(jìn)入磨削區(qū)。目前對于MQL應(yīng)用在磨削領(lǐng)域的研究報告尚不多見,對于磨削氣障層問題的研究也較少。針對上述問題,本文首先對磨削液的霧化進(jìn)行理論研究,建立了霧化數(shù)學(xué)模型;對MQL磨削中潤滑油霧化的重要部分噴嘴進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計,提出“側(cè)混式”和“雙噴口”結(jié)構(gòu)的噴嘴;建立了噴嘴的幾何模型和相關(guān)仿真模型,對噴嘴的氣流場和噴霧場進(jìn)行了仿真研究。具體包括:(1)分析了液體的霧化機(jī)理,并通過K-H不穩(wěn)定理論和正弦模型建立液體的二級霧化模型。理論計算液體的初級霧滴分布,即一級霧化,然后將一級霧化的結(jié)果導(dǎo)入穩(wěn)定的氣相場進(jìn)行噴霧仿真,此為二級霧化。(2)設(shè)計了一種新型結(jié)構(gòu)的噴嘴,對噴嘴的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析,并建立了相應(yīng)的幾何模型。(3)根據(jù)CFD(Computational Fluid Dynamics,即計算流體力學(xué))方法,建立了噴嘴內(nèi)流場、外流場和加工時的仿真模型,并進(jìn)行了仿真分析。重點(diǎn)研究了噴嘴內(nèi)部氣相場、外部氣相場和噴霧場。探究了不同噴嘴結(jié)構(gòu)、工作參數(shù)對流體的速度和霧化效果的影響。(4)在數(shù)學(xué)建模和數(shù)值仿真的基礎(chǔ)上,將本文噴嘴與傳統(tǒng)噴嘴進(jìn)行了對比仿真分析,對流體的噴射速度和液滴的直徑進(jìn)行了比較,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果基本吻合,驗(yàn)證了二次霧化模型的正確性。
【關(guān)鍵詞】：噴嘴 霧化 數(shù)值仿真 微量潤滑 磨削
【學(xué)位授予單位】：長沙理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG580.6
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 背景及研究意義10-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-20
• 1.2.1 微量潤滑技術(shù)的研究12-13
• 1.2.2 磨削氣流場的研究13-14
• 1.2.3 霧化研究方法14-17
• 1.2.4 霧化噴嘴的研究17-20
• 1.3 課題來源及研究內(nèi)容20-22
• 第二章 噴嘴的霧化理論及物理模型22-29
• 2.1 霧化基本理論22-24
• 2.2 二級霧化模型24-27
• 2.3 側(cè)混式噴嘴物理模型27-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第三章 側(cè)混式噴嘴的CFD數(shù)值仿真29-45
• 3.1 商業(yè)CFD軟件Fluent簡介29-32
• 3.1.1 Fluent的求解步驟29-31
• 3.1.2 Fluent中的霧化模型31-32
• 3.2 側(cè)混式噴嘴的內(nèi)流場仿真及分析32-38
• 3.2.1 噴嘴內(nèi)流場數(shù)值方法32-33
• 3.2.2 網(wǎng)格模型33-34
• 3.2.3 參數(shù)設(shè)置34
• 3.2.4 仿真結(jié)果及分析34-35
• 3.2.5 不同條件對內(nèi)流場的影響35-38
• 3.3 側(cè)混式噴嘴的外流場仿真及分析38-40
• 3.3.1 網(wǎng)格模型38-39
• 3.3.2 側(cè)混式噴嘴外流場的仿真39-40
• 3.4 側(cè)混式噴嘴離散相的仿真及分析40-43
• 3.4.1 Fluent中的液滴追蹤模型40-42
• 3.4.2 側(cè)混式噴嘴離散相噴霧場的仿真42-43
• 3.5 本章小結(jié)43-45
• 第四章 “雙噴口”噴嘴的CFD數(shù)值仿真45-55
• 4.1 “雙噴口”噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計45-47
• 4.2 “雙噴口”噴嘴霧化仿真分析47-50
• 4.2.1 網(wǎng)格模型47
• 4.2.2 參數(shù)設(shè)置47
• 4.2.3 連續(xù)相仿真結(jié)果47-49
• 4.2.4 噴霧場仿真結(jié)果與分析49-50
• 4.3 “雙噴口”噴嘴與單口噴嘴霧化效果對比50-53
• 4.3.1 仿真對比50-52
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證52-53
• 4.4 本章小結(jié)53-55
• 總結(jié)與展望55-57
• 參考文獻(xiàn)57-62
• 致謝62-63
• 附錄A 攻讀碩士時期取得研究成果63

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