為研究固液兩相磨粒流加工噴嘴小孔過程中的流場分布、渦旋形成規(guī)律及渦旋的存在對磨粒流加工的影響機制,采用Smagorinsky亞格子模型對磨粒流加工噴嘴小孔的流道進行大渦數(shù)值模擬,并使用磨粒流對變直徑噴嘴工件進行加工試驗。數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)磨粒流流體中磨粒與壁面的碰撞與剪切作用隨流體的速度增大而增大,同一截面的速度存在速度差,其中還伴隨渦旋的存在;通過試驗研究發(fā)現(xiàn):經(jīng)固液兩相磨粒流加工后的噴嘴小孔表面質(zhì)量得到明顯提高,噴嘴經(jīng)過四次不同入口速度的磨粒流加工后大孔處表面粗糙度Ra由1.24μm降至0.542μm,小孔處表面粗糙度Ra由1.21μm降至0.437μm。結論顯示固液兩相磨粒流加工技術可有效提高被加工噴嘴工件的內(nèi)表面質(zhì)量,加工時同一截面的速度存在速度差,速度差的存在利于渦旋的形成,渦旋的存在利于提高磨粒流加工過程的剪切作用,有助于獲得高質(zhì)量的噴嘴小孔內(nèi)通道表面。 

【文章來源】：中國機械工程. 2020,31(10)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

噴嘴小孔工件示意圖

為了對噴嘴小孔工件進行精確的大渦模擬,需對此工件進行網(wǎng)格劃分,網(wǎng)格劃分后的噴嘴小孔三維流域網(wǎng)格圖見圖2。網(wǎng)格采用結構化六面體網(wǎng)格,網(wǎng)格數(shù)量為398 800,節(jié)點數(shù)為415 436,網(wǎng)格經(jīng)檢查后可滿足數(shù)值分析需求。網(wǎng)格模型左側為磨粒流入口,右側為磨粒流出口。2.2 大渦模擬邊界條件的選擇

在磨粒流加工中,磨粒對壁面的切削力與軸向速度相關,軸向速度越大,磨粒對壁面的切削力越大,切削效率就越高,壁面的切削效果越好,軸向速度變化圖見圖3。由圖3可以看出,軸向速度v與入口速度v0成正比關系,軸向速度隨入口速度的增大而增大。當磨粒流中流體與磨粒在大孔段運動時,速度增大不明顯,大孔段的流道橫截面積沒有發(fā)生改變,磨粒流速度只是因為流道面積較小而發(fā)生輕微增大;當磨粒流運動到中間段時,磨粒流速度發(fā)生急劇變化,這是因為在10 mm處,流道橫截面積突然減小,磨粒流與壁面發(fā)生劇烈撞擊,速度瞬間增大,顆粒與壁面的切削力瞬間增大,有利于中間段去毛刺和倒圓角;當流體運動至小孔段(15 mm處),磨粒流速度基本保持不變,有利于小孔處的內(nèi)表面獲得均勻一致的加工精度。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于均勻設計法的磨粒流加工試驗[J]. 喬澤民,張心明,李俊燁,衛(wèi)麗麗,趙偉宏.  中國機械工程. 2018(04)
[2]激光誘導空泡微孔拋光機理及實驗研究[J]. 陳鐵牛,郭鐘寧,曾柏文,印四華.  中國機械工程. 2018(03)
[3]離散相磨粒粒徑對磨粒流研拋共軌管質(zhì)量的影響[J]. 李俊燁,胡敬磊,楊兆軍,張心明,周曾煒.  吉林大學學報(工學版). 2018(02)
[4]超聲空化對軟性磨粒流切削效率和質(zhì)量的影響[J]. 計時鳴,陳凱,譚大鵬,鄭晨亮.  農(nóng)業(yè)工程學報. 2017(12)
[5]不同亞格子模型的對比分析及其運用[J]. 俞建陽,王若玉,陳浮,宋彥萍.  工程熱物理學報. 2016(11)
[6]介觀尺度下磨料濃度對磨粒流加工質(zhì)量的影響[J]. 李俊燁,喬澤民,楊兆軍,張心明.  吉林大學學報(工學版). 2017(03)
[7]顆粒微切削表面創(chuàng)成的分子動力學仿真研究[J]. 李俊燁,董坤,王興華,張心明.  機械工程學報. 2016(17)
[8]基于Smagorinsky和Vreman模型的豎通道內(nèi)旋轉熱流場大渦模擬[J]. 霍巖.  哈爾濱工程大學學報. 2015(06)
[9]磨粒流精密光整加工的微切削機理[J]. 丁金福,劉潤之,張克華,鄂世舉.  光學精密工程. 2014(12)
[10]離心泵葉輪內(nèi)部固液兩相流動的大渦模擬[J]. 吳玉林,葛亮,陳乃祥.  清華大學學報(自然科學版). 2001(10)



本文編號：3035985