本文關(guān)鍵詞：液滴噴射過程仿真分析及噴射成型裝置開發(fā)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：液滴噴射增材制造技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種新的快速成型技術(shù),由于其成型材料廣泛、能耗小、成本低、成型件精度高,被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、微結(jié)構(gòu)制造以及微電子等領(lǐng)域。現(xiàn)有的液滴噴射成型裝置多采用氣壓供壓,經(jīng)常出現(xiàn)壓力不穩(wěn),導(dǎo)致裝置整體性能較差,且對液滴噴射斷裂機(jī)理和液滴形態(tài)的影響因素研究較少。因此,本文在對液滴噴射過程進(jìn)行仿真分析的基礎(chǔ)上,開發(fā)了液壓供液加壓式液滴噴射成型裝置。仿真分析了液滴的噴射過程。首先,從流體力學(xué)理論出發(fā)介紹了液滴噴射類型、射流不穩(wěn)定性理論以及液滴斷裂機(jī)理。其次,采用FLUENT軟件利用流體體積(Volume of Fluid,VOF)兩相流模型模擬了脈沖信號作用下噴射液的噴射過程,分別對液滴斷裂過程中的流場、速度場、氣流場和壓力場進(jìn)行了深入分析,揭示了斷裂過程中液滴外部和內(nèi)部的微觀變化規(guī)律,并說明了變化的原因。最后,對噴射下落過程中影響液滴形態(tài)的因素進(jìn)行了仿真分析,研究了噴射液物理性質(zhì)參數(shù)和噴射工藝參數(shù)對液滴大小與成球距離的影響。結(jié)果表明:噴射下落過程中液滴的形態(tài)變化主要經(jīng)歷了伸長、頸縮、斷裂、振蕩、成球五個(gè)階段;下落過程是一個(gè)液滴內(nèi)部速度和壓力不斷調(diào)整變化的過程;噴射液物理性質(zhì)參數(shù)對液滴形態(tài)的影響甚小,液滴形態(tài)主要受噴射工藝參數(shù)的影響。開發(fā)了液壓供液加壓式液滴噴射成型裝置。制作了多種類型的噴頭,設(shè)計(jì)并搭建了三種液壓供液加壓系統(tǒng),經(jīng)多次改進(jìn)開發(fā)出了較為完善的液滴噴射成型裝置,最后利用開發(fā)出的噴射成型裝置對本文的仿真結(jié)論進(jìn)行了具體實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)論吻合較好,設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、噴射可行。本研究對液滴噴射增材制造技術(shù)的發(fā)展、推廣與應(yīng)用具有一定的實(shí)際意義。
【關(guān)鍵詞】：液滴噴射 仿真分析 噴射成型裝置
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH16
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 緒論9-16
• 1.1 選題背景和研究意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 液滴噴射成型裝置的發(fā)展現(xiàn)狀10-13
• 1.2.2 液滴噴射過程仿真分析的發(fā)展現(xiàn)狀13-15
• 1.3 研究內(nèi)容及章節(jié)安排15-16
• 1.3.1 研究內(nèi)容15
• 1.3.2 章節(jié)安排15-16
• 2 液滴噴射理論基礎(chǔ)16-22
• 2.1 液滴噴射類型16-17
• 2.1.1 連續(xù)式噴射16
• 2.1.2 按需式噴射16-17
• 2.2 射流斷裂理論分析17-21
• 2.2.1 常用無量綱數(shù)17-18
• 2.2.2 控制方程18
• 2.2.3 不穩(wěn)定性理論及其影響因素18-19
• 2.2.4 射流斷裂機(jī)理19-21
• 2.3 本章小結(jié)21-22
• 3 液滴噴射斷裂過程數(shù)值模擬22-35
• 3.1 FLUENT和ImageJ軟件簡介22-23
• 3.1.1 FLUENT軟件簡介22
• 3.1.2 VOF模型22-23
• 3.1.3 ImageJ軟件簡介23
• 3.2 液滴噴射仿真過程23-25
• 3.3 流場仿真結(jié)果與分析25-26
• 3.4 速度場仿真結(jié)果與分析26-28
• 3.5 氣流場仿真結(jié)果與分析28-30
• 3.6 壓力場仿真結(jié)果與分析30-34
• 3.7 本章小結(jié)34-35
• 4 噴射過程液滴形態(tài)仿真分析35-54
• 4.1 液體物理性質(zhì)參數(shù)的測定與分析36-40
• 4.1.1 粘度、表面張力測定36-38
• 4.1.2 測定結(jié)果分析38-40
• 4.2 噴射液物理性質(zhì)參數(shù)對液滴大小和成球距離的影響40-44
• 4.2.1 粘度40-41
• 4.2.2 表面張力41-43
• 4.2.3 接觸角43-44
• 4.3 噴射工藝參數(shù)對液滴大小和成球距離的影響44-53
• 4.3.1 噴嘴直徑44-46
• 4.3.2 噴嘴長徑比46-48
• 4.3.3 噴射速度48-50
• 4.3.4 擾動頻率50-53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 5 液滴噴射成型裝置開發(fā)及實(shí)驗(yàn)研究54-77
• 5.1 液滴噴射成型裝置的整體設(shè)計(jì)方案54
• 5.2 噴頭的制作54-59
• 5.2.1 壓電噴頭的制作54-57
• 5.2.2 非壓電噴頭的制作57-59
• 5.3 供液加壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)59-63
• 5.3.1 配重塊式供液加壓系統(tǒng)59
• 5.3.2 液壓缸緩沖式供液加壓系統(tǒng)59-61
• 5.3.3 液壓泵直接供液加壓系統(tǒng)61-63
• 5.4 噴射實(shí)驗(yàn)初探63-68
• 5.4.1 運(yùn)動平臺調(diào)試及噴射裝置整體搭建63-64
• 5.4.2 液滴噴射初步實(shí)驗(yàn)64-68
• 5.5 影響液滴噴射成型質(zhì)量的因素分析68-71
• 5.5.1 影響液滴大小的因素68-69
• 5.5.2 影響線寬的因素69-70
• 5.5.3 影響平面粗糙度的因素70-71
• 5.5.4 影響三維實(shí)體成型精度的因素71
• 5.6 噴射工藝參數(shù)對成型質(zhì)量的影響71-76
• 5.6.1 噴嘴直徑72-73
• 5.6.2 噴嘴長徑比73
• 5.6.3 噴嘴到基板距離73-74
• 5.6.4 噴射速度74
• 5.6.5 擾動頻率74-75
• 5.6.6 綜合影響75-76
• 5.7 本章小結(jié)76-77
• 6 結(jié)論與展望77-79
• 6.1 結(jié)論77-78
• 6.2 展望78-79
• 致謝79-80
• 參考文獻(xiàn)80-84
• 附錄84

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