發(fā)布時(shí)間：2017-05-04 00:01

  本文關(guān)鍵詞：電熔爆等離子體電弧的模擬仿真，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：電熔爆技術(shù)是我國一項(xiàng)完全擁有自有知識產(chǎn)權(quán)的金屬加工新工藝,其宏觀表現(xiàn)為高能電弧的熱作用,該技術(shù)在加工效率、可加工材料等方面有著突出的優(yōu)點(diǎn)。在電熔爆加工中各加工工藝參數(shù)對電熔爆加工效果的影響較大,且電弧加工區(qū)域的溫度高達(dá)上千度,這些給相關(guān)的試驗(yàn)增加了一定的難度,而試驗(yàn)的高成本、高難度在一定程度上阻礙了相關(guān)工藝參數(shù)的制定,并且阻礙了電熔爆技術(shù)研究的長足發(fā)展。本文主要對電熔爆等離子體電弧進(jìn)行數(shù)值模擬。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和模擬仿真計(jì)算理論的不斷發(fā)展,將現(xiàn)代計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)引入到電熔爆技術(shù)的深入研究中,可適當(dāng)降低試驗(yàn)研究的盲目性,為試驗(yàn)研究提供一定的研究基礎(chǔ),這將能更好地促進(jìn)電熔爆技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。本文在對電弧基本知識、電弧形成原理、等離子體傳熱與流動(dòng)等知識進(jìn)行學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上,將三大守恒定律與磁流體動(dòng)力學(xué)控制方程相結(jié)合,考慮自磁力對電弧行為的影響,建立電熔爆電弧等離子體的二維數(shù)學(xué)模型。針對實(shí)際加工情況,詳細(xì)給出了模型的控制方程組和邊界條件的數(shù)值處理;采用自由電弧模型驗(yàn)證了模型和開發(fā)程序的正確性,基于用戶定義的FLUENT軟件二次開發(fā)技術(shù),利用CFD軟件對電熔爆技術(shù)加工過程中產(chǎn)生的等離子體電弧進(jìn)行數(shù)值模擬,研究并分析了等離子體電弧的電磁場分布、溫度場分布、速度場分布等一系列結(jié)果。進(jìn)一步研究電流強(qiáng)度、進(jìn)氣速度等參數(shù)對電弧、電弧對稱軸、陽極表面的速度場、壓力場、電場、溫度場等相關(guān)特性的影響。研究結(jié)果表明:電流強(qiáng)度對電弧和陽極表面各物理場的影響較大,加工電流的增加在一定程度上有利于電熔爆材料蝕除率的提高;進(jìn)氣速度的增大使得電弧形狀出現(xiàn)收縮,陽極中心區(qū)域的電流密度增大,但對電弧特性影響較小。
【關(guān)鍵詞】：電熔爆 等離子體電弧 工藝參數(shù) CFD 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG661
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-20
• 1.1 課題背景及研究意義10-11
• 1.2 電熔爆技術(shù)11-15
• 1.2.1 電熔爆技術(shù)特點(diǎn)11-13
• 1.2.2 研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 電熔爆技術(shù)放電機(jī)理分析15-19
• 1.4 課題的主要研究內(nèi)容19-20
• 2 電熔爆等離子體電弧的數(shù)值模擬與CFD軟件20-27
• 2.1 等離子體電弧數(shù)值模擬的發(fā)展20-21
• 2.2 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)21-24
• 2.2.1 CFD軟件結(jié)構(gòu)22
• 2.2.2 CFD計(jì)算流程22-23
• 2.2.3 離散方法23-24
• 2.3 FLUENT軟件的介紹24-26
• 2.4 本章小節(jié)26-27
• 3 等離子體電弧的數(shù)學(xué)建模27-46
• 3.1 基本假設(shè)28-29
• 3.2 等離子體電弧數(shù)學(xué)模型的建立29-36
• 3.2.1 計(jì)算區(qū)域29
• 3.2.2 控制方程組29-30
• 3.2.3 源項(xiàng)的處理30-34
• 3.2.4 邊界處理34
• 3.2.5 材料物理參數(shù)的選取34-36
• 3.3 模型的求解36-39
• 3.3.1 求解過程36
• 3.3.2 UDF程序的編寫36-39
• 3.4 等離子電弧模型的檢驗(yàn)39-45
• 3.4.1 網(wǎng)格劃分39-40
• 3.4.2 求解基本設(shè)置40-41
• 3.4.3 結(jié)果與分析41-45
• 3.5 本章小節(jié)45-46
• 4 基于FLUENT軟件的電熔爆等離子體電弧數(shù)學(xué)模型計(jì)算46-58
• 4.1 Icem前處理46
• 4.2 計(jì)算求解46-51
• 4.2.1 導(dǎo)入并檢查網(wǎng)格46-47
• 4.2.2 模型設(shè)置47
• 4.2.3 編譯UDF47-48
• 4.2.4 定義材料屬性48-49
• 4.2.5 定義區(qū)域類型和邊界類型49
• 4.2.6 求解49-51
• 4.3 電熔爆電弧等離子體計(jì)算結(jié)果分析51-57
• 4.3.1 速度場和壓力場特性51-53
• 4.3.2 電場特性53-56
• 4.3.3 溫度場特性56-57
• 4.4 本章小節(jié)57-58
• 5 加工參數(shù)對電熔爆等離子體電弧的影響58-69
• 5.1 加工電流58-63
• 5.2 進(jìn)氣速度63-68
• 5.3 本章小節(jié)68-69
• 6 總結(jié)與展望69-71
• 6.1 總結(jié)69-70
• 6.2 后續(xù)工作展望70-71
• 參考文獻(xiàn)71-76
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果76-77
• 致謝77-78

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