冷气体动力学喷涂制备功能涂层射流场数值研究

【摘要】：本论文主要工作是国家自然科学基金项目“冷气体动力学喷涂制备功能涂层机理研究”的部分研究内容。冷喷涂技术是一种从上世纪八十年代开始兴起的利用气动的方法制备功能涂层的一种新型材料表面改性技术,其与目前广泛应用的热喷涂技术相比有其独特的优点,因而具有广泛的应用前景和发展空间。 本文以冷喷涂技术中的射流流场为研究对象,通过数值模拟,探讨其气动热力参数分布特点及流动形态,进而为冷喷涂试验中参数优化配置提供科学依据。研究中,对射流流场的模拟分析工作利用国际通用比较成熟的流场计算软件PHOENICS,采用由SIMPLE算法扩展的SIMPLEST算法及激波捕捉法捕捉超音速流场中出现的的激波,数值模拟结果与空气动力学射流理论一致。通过数值计算,得到了喷嘴出口自由射流与冲击射流情况下的流体速度、压力等参数分布情况,及这两种流场中的激波位置。最后对原设计圆喷嘴结构形式进行结构优化,在单相射流的情况下,对截面积为矩形的喷嘴流动情况进行了对比研究,分析并给出矩形截面喷嘴相对于圆形喷嘴在冷喷涂技术中的优点。 在已有研究基础上,进一步深入开展对两相射流流场的模拟分析,采用双流体模型描述分散颗粒相,算法采用单相SIMPLEST算法扩展的IPSA算法。模拟结果显示了不同直径颗粒相(固相)受气相流场流动的影响情况及气相流场受颗粒相的影响情况。最后结合单相射流的流场分布,对冷喷涂中颗粒直径的选择提出参考结论。