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《长沙理工大学》 2015年
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基于微量润滑磨削的喷嘴雾化仿真与实验研究

周鑫  
【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。
【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

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