基于“游离态”的液固两相软性磨粒流的加工理论研究与数值模拟分析

【摘要】： 液固两相湍流广泛应用于矿山、冶金、电力等工业上,对其研究也越来越紧密,在模具制造中大量涉及沟、槽、孔、棱柱、棱锥、窄缝等无法用工具进行加工的异型面,此类异型面统称为结构化表面。基于此,提出了液固两相“软性”磨粒流的加工方法,通过对两相磨粒流的湍流流动模型的建立,达到对工件的光整加工。对工件表面的镜面加工主要通过以下宏观和微观条件来实现: 首先在宏观上,在模具结构化表面构造约束流道,构成特定形状的磨料流道,利用软性磨粒流弱黏或无黏特点,使高速流动的磨粒流在特定的流道截面形状约束下,形成湍流流动,对作为约束流道内壁面一部分的结构化表面进行冲蚀微切削,实现精密光整加工。本文是针对一定形态的模具结构化表面,设计出相应形状的约束模块,形成特定截面形状的约束流道。 其次在微观上,主要是通过两相流速度及压力对颗粒相压力影响而形成的湍流模型,利用颗粒相频繁交替的磨损切削,从而改变磨粒对工件滑擦、耕犁和切削的机械作用。本文研究的内容主要包括以下几个部分: 1.介绍了通过软性磨粒流对工件进行精密光整加工的一些理论方法及研究意义,结合国内外两相流的研究现状,提出了基于液固两相软性磨粒流的加工方法,并分析了其原理。结合原理及理论现实意义,设计了新的实验平台及约束模块。 2.在各种两相流理论模型的基础上,分析了多相流模型及数值计算方法及液固两相软性磨粒流的基本理论。同时提出了颗粒对壁面的微量切削加工模型,并结合CFD (FLUENT和GAMBIT)软件对流道内的速度场及压力场等进行了系统的数值模拟研究。 3.通过理论分析,明确了在游离态液固两相软性磨粒流加工过程中所涉及到的压力、速度以及颗粒相等的影响因素。通过液固两相流湍流的数值模拟,得出了速度、压力及颗粒相体积浓度对壁面加工的影响。