收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于数值模拟改进制备玻璃/铝基复合材料搅拌设备的研究

赵华杨  
【摘要】:本文研究的是以废玻璃和废铝作为原材料,采用搅拌铸造的方法制备玻璃/铝基复合材料过程中搅拌桨结构的改进。通过搅拌桨在搅拌槽内的搅拌作用将玻璃颗粒均匀地混入熔融的铝中,该复合材料融合了玻璃硬度高和铝韧性好的特点,是一种成本低廉的轻质耐磨材料。在制备过程中,由于玻璃的密度比铝小,在搅拌过程中容易出现玻璃颗粒浮在铝液表面不能均匀分散的现象,所以如何将玻璃颗粒均匀地混入铝液是制备玻璃/铝基复合材料的一个关键。 针对目前使用的搅拌桨存在玻璃颗粒在铝液分散不均匀的问题,作者在实验的基础上,应用计算机辅助设计和计算(计算流体力学方法)对搅拌设备中的搅拌桨做了改进和优化,目的是使玻璃颗粒在铝液中的分散更加均匀。与此同时缩短搅拌时间、降低搅拌桨转速、减小搅拌桨搅拌功率,以提高搅拌桨的搅拌效率,进而减少制得的复合材料的缺陷以及提高玻璃颗粒在铝液中的掺入量。 计算流体力学(CFD)方法作为一种高效、经济、可靠的方法,在化工、冶金等领域的应用已经十分广泛,而且主要集中于搅拌设备的设计和优化。本文使用商业CFD软件FLUENT 6.3对制备玻璃/铝基复合材料使用的搅拌桨进行改进和优化,并通过实验做了验证。 玻璃颗粒与铝液的混合体系是两相流混合体系,其中铝液是一种非牛顿流体,玻璃颗粒是连续颗粒流,FLUENT中的EULERIAN多相流模型可以较为准确地对二者的搅拌混合过程做模拟计算。本文第一次通过建立玻璃颗粒和铝液两相混合流场的数值模型,获得了目前使用的搅拌桨在搅拌混合过程的流场分布情况,并对流场做了详细的分析。分析结果发现造成目前使用的搅拌桨混合效率低的主要原因在于搅拌桨的结构不合理,所以玻璃颗粒不能有效地从液面输送至槽底、搅拌桨提供的能量没有得到有效利用。针对这个问题作者用螺杆式搅拌桨替代目前使用的搅拌桨,并对使用螺杆式搅拌桨搅拌混合玻璃颗粒和铝液的流场做了模拟计算。分析不同搅拌桨的模拟计算结果发现,相对于目前使用的搅拌桨,螺杆式搅拌桨的搅拌混合时间减少了30%,搅拌桨转动速度降低了40%,玻璃颗粒在铝液中的分散性明显改善,同时改进后的搅拌桨搅拌所需功率只是改进前的44%。 最后通过验证性实验进一步检验了数值模拟得到的搅拌桨的混合效果。实验结果显示,相对于目前使用的搅拌桨,使用模拟改进后的搅拌桨明显改善了制备的玻璃/铝基复合材料中玻璃颗粒分散的均匀性,减少了材料内部的缺陷,降低了搅拌桨的磨损,搅拌混合时间减少约25%,玻璃颗粒在铝液中的掺入量的增加约7%,改进前后搅拌桨节约能量约67%。实验结果与模拟计算得到的结果基本吻合。 本文的创新点在于将欧拉多相流模型引入了搅拌法制备玻璃/铝基复合材料的搅拌流场的模拟,并且对非牛顿流体的模拟做了尝试。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 刘国强;刘炳;;颗粒增强型铝基复合材料摩擦磨损性能研究现状与展望[J];汽车零部件;2009年09期
2 郑梦;赵玉涛;陈登斌;张钊;董洪标;;原位纳米Al_2O_3颗粒增强铝基复合材料的制备与微结构研究[J];功能材料;2011年S4期
3 吴志锋;陈刚;赵玉涛;王国路;黄康;彭蕾;;制备工艺对原位合成Al_3Ti/Al复合材料显微组织的影响[J];功能材料;2011年S3期
4 王一奇;宋正日;;应用模压铸造法制造的Al_2O_(3f)/SiC_p混杂增强铝基复合材料的摩擦磨损行为(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2011年07期
5 王大镇;冯培锋;李波;刘华明;;切削SiC增强铝基复合材料时刀具的磨损形态及机理[J];高技术通讯;2010年11期
6 阎峰云;牟余江;张威;杨群英;;增强体预处理工艺对铝基复合材料中增强体分布的影响[J];中国铸造装备与技术;2011年03期
7 王国路;陈刚;赵玉涛;吴志锋;;稀土对TiB_2/7055复合材料组织及性能的影响[J];材料热处理学报;2011年07期
8 李新梅;刘炳;董晓锋;;Al_2O_3颗粒增强Al-Mn合金基复合材料的制备及摩擦学性能[J];材料热处理学报;2011年07期
9 陈素玲;孙学杰;;金属基复合材料的分类及制造技术研究进展[J];电焊机;2011年07期
10 郑千钰;郑社军;;用废弃碎玻璃做混凝土骨料的研究[J];粉煤灰综合利用;2011年03期
11 李光玉;苏颖超;付宇;连建设;赵宇光;;离心铸造条件对Mg_2Si/Al梯度复合材料组织与性能的影响[J];吉林大学学报(工学版);2011年05期
12 徐萍;;半固态金属成形技术的应用[J];十堰职业技术学院学报;2011年04期
13 张静天;包永忠;黄志明;;假塑性流体在双螺带桨搅拌釜内停留时间分布[J];化学工程;2011年07期
14 田英良;邓勇;郭现龙;李华硕;孙诗兵;戴琳;崔竹;;化学成分对铁钛着色医药玻璃耐水性能的影响研究[J];玻璃与搪瓷;2011年04期
15 ;[J];;年期
16 ;[J];;年期
17 ;[J];;年期
18 ;[J];;年期
19 ;[J];;年期
20 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 欧阳求保;王文龙;张曾祜;张国定;李瑞祥;;铝基复合材料太阳能桁架部件的研制[A];复合材料的现状与发展——第十一届全国复合材料学术会议论文集[C];2000年
2 陈国钦;孙东立;张强;姜龙涛;武高辉;;冷热循环处理对铝基复合材料热膨胀行为的影响[A];复合材料:生命、环境与高技术——第十二届全国复合材料学术会议论文集[C];2002年
3 宋仁国;;铝基复合材料焊接技术的发展动向[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年
4 许晓静;陈康敏;戴峰泽;蔡兰;;SiC_p/LD2铝基复合材料的超塑性[A];江苏省机械工程学会第六次会员代表大会论文集[C];2002年
5 严红革;陈振华;陈刚;;大尺寸铝基复合材料锭坯的喷射共沉积制备技术及装置[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年
6 朱秀荣;童文俊;费良军;王荣;;陶瓷纤维增强梯度铝基复合材料研究[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年
7 冯祖德;;铝基复合材料表面稀土防腐处理新技术[A];第十五届华东地区热处理年会暨华东地区热处理年会三十周年纪念活动论文摘要集[C];2006年
8 卓钺;杨德明;万红;费肖卿;斯永敏;杨盛良;刘海芳;;碳/铝复合材料变截面梁的研制及刚度考核[A];复合材料的现状与发展——第十一届全国复合材料学术会议论文集[C];2000年
9 伊力哈木·阿布都热依木;苏白·阿那别克;吐尔逊·斯迪克;哈丽旦·木沙;尼加提·衣米提;买买提明·艾尼;;SiC粒子的非均匀分布所引起的铝基复合材料的损伤分析[A];力学与西部开发会议论文集[C];2001年
10 杨滨;王建国;张济山;;压铸TiC/Al-9Si-1.4Cu-0.5Mg复合材料的制备和力学性能[A];第五届全国MTS材料试验学术会议论文集[C];2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 邹茂华;离心铸造SiC颗粒局部增强铝基复合材料活塞的组织性能研究[D];重庆大学;2010年
2 刘卫红;铝基复合材料瞬间液相扩散连接[D];吉林大学;2004年
3 邓小燕;SiCp/Cf增强铝基复合材料的制备和性能研究[D];兰州大学;2010年
4 郭建;合金元素及增强体表面状况对SiCp/Al复合材料界面的影响及其交互作用[D];郑州大学;2003年
5 康智涛;多层喷射共沉积制备大尺寸SiC颗粒增强铝基复合材料的工艺、设备及过程原理研究[D];中南大学;2001年
6 邓春锋;碳纳米管增强铝基复合材料的制备及组织性能研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
7 许虹宇;Al_2O_3·SiO_(2sf)/Al复合材料基体成份优化及耐磨性能研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
8 顾敏;喷射共沉积颗粒增强铝基复合材料阻尼特性的研究[D];郑州大学;2003年
9 滕杰;高速列车用铝基复合材料制动盘及其闸片的制备、摩擦磨损性能及机理研究[D];湖南大学;2006年
10 范国华;添加BaPbO_3颗粒的铝基复合材料的组织性能与高温变形研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 贾海萌;SiC_p增强铝基复合材料履带板成形的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 艾莹露;Al-Ni_2O_3系铝基复合材料微波合成研究[D];南京理工大学;2010年
3 张飞;玻璃/铝基复合材料管材挤压成形数值模拟研究[D];昆明理工大学;2009年
4 刘光辉;离心铸造SiC颗粒增强铝基复合材料活塞成形及组织性能研究[D];重庆大学;2010年
5 赵华杨;基于数值模拟改进制备玻璃/铝基复合材料搅拌设备的研究[D];昆明理工大学;2011年
6 王亚松;夹Ti合金层激光焊接高比分SiC_p/2024铝基复合材料[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 韩媛媛;颗粒增强铝基复合材料稳定化处理过程的热应力分析[D];哈尔滨理工大学;2004年
8 华巍;碳纳米管/铝基复合材料的制备及其性能研究[D];兰州大学;2010年
9 牟余江;红柱石增强铝基复合材料的制备[D];兰州理工大学;2011年
10 曾涛;压力铸造法制备陶瓷纤维增强铝基复合材料[D];东南大学;2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者史爱萍;增强铝基复合材料前景看好[N];中国有色金属报;2009年
2 王迅;江苏省铝基复合材料中心获准建立[N];中国有色金属报;2004年
3 北京航空材料研究院高级工程师 桂满昌;东西好还得做得精[N];科技日报;2001年
4 胡瑛;中铝分公司电解铝厂迈出结构调整新步伐[N];淄博日报;2010年
5 张永忠;新材料产业的“幸福时光”[N];中国有色金属报;2003年
6 本报记者 李慧源 通讯员 宋卫国;金皇活塞:做中国活塞行业的领跑者[N];中国工业报;2010年
7 黄爱群;汽车工业的新材料[N];中国汽车报;2000年
8 张琦;东轻实施装备升级策略见成效[N];中国有色金属报;2003年
9 钱铮;松下:不仅生产家电,还“破坏家电”[N];新华每日电讯;2007年
10 钱铮;体味“从商品到商品”的环保理念[N];中华新闻报;2007年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978