本文關(guān)鍵詞：空化水噴丸工藝中空化行為的數(shù)值模擬及影響因素研究

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【摘要】：空化水噴丸(WCP)是一種新型的金屬表面強化工藝,該工藝利用微小空化汽泡潰滅時產(chǎn)生的沖擊波壓力和高速微射流來打擊金屬材料表面,從而達到強化金屬零部件的目的。由于空化汽泡群在水中具有極強的流動性,所以空化水噴丸在對一些表面形狀復雜的零部件進行強化時具有極好的適應(yīng)性,尤其是當零部件表面存在一些細小凹槽時,空泡群中的微小空泡可深入其中對其強化。因此,在工程上越來越多的研究人員開始關(guān)注這項新型表面強化技術(shù)。到目前為止,大多的研究結(jié)果可以證明,空化水噴丸可以有效地在金屬表層誘導殘余應(yīng)力從而達到提高零部件疲勞壽命的目的,并且空化水噴丸強化后的金屬材料表面粗糙度更低。但是,針對該工藝中空化現(xiàn)象的研究,尤其是對噴嘴空化性能的研究還相對較少,這從很大程度上阻礙了空化水噴丸工藝的進一步完善。本文采用數(shù)值模擬技術(shù)研究空化水噴丸工藝中縮放型噴嘴的空化行為,并選擇FLUENT軟件中標準k-ε湍流模型、Mixture多相流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型對空化水噴丸工藝中縮放型噴嘴內(nèi)外的空化流場進行數(shù)值模擬。對模擬結(jié)果的分析表明:當高壓液體進入縮放型噴嘴時,可在噴嘴擴張段內(nèi)產(chǎn)生劇烈的空化現(xiàn)象;由于擴張段內(nèi)的速度突然下降導致大量的空化汽泡在擴張段內(nèi)短暫停留并膨脹,所以在噴嘴擴張段區(qū)域的汽含率最高;在入口壓力一定的條件下:當噴嘴擴張角不變,噴嘴喉部直徑越大,噴嘴喉部的壓力值就越低,從而使縮放型噴嘴的空化效果增強;當噴嘴喉部直徑不變,噴嘴擴張角越小,噴嘴喉部的壓力值同樣會越低,縮放型噴嘴的空化效果增強。本文利用Fujifilm壓敏試紙測定了不同靶距下空化射流的沖擊壓力分布情況。結(jié)果表明:當靶距在90~150 mm之間時,其沖擊壓力均維持在相對較高水平(290MPa以上),因此在這個范圍區(qū)間內(nèi)比較適合空化水噴丸強化工件;壓敏試紙測出的沖擊壓力最高可達300MPa,其數(shù)值遠高于噴嘴入口壓力32MPa,這證明了縮放型噴嘴可使射流產(chǎn)生劇烈的空化現(xiàn)象。
【關(guān)鍵詞】：空化水噴丸 數(shù)值模擬 縮放型噴嘴 沖擊壓力 空化行為
【學位授予單位】：遼寧科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG668
【目錄】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 1. 緒論9-19
• 1.1 噴丸技術(shù)簡介9
• 1.2 噴丸工藝分類及其基本工作原理9-12
• 1.3 空化水噴丸工藝裝置結(jié)構(gòu)及其技術(shù)特點12-14
• 1.3.1 空化水噴丸基本裝置12-13
• 1.3.2 空化水噴丸工藝的技術(shù)特點13-14
• 1.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-17
• 1.5 本課題的研究內(nèi)容及意義17
• 1.5.1 研究意義17
• 1.5.2 研究內(nèi)容17
• 1.6 本章小結(jié)17-19
• 2. 空化現(xiàn)象及其基本理論19-29
• 2.1 空化現(xiàn)象簡介19-21
• 2.1.1 空化產(chǎn)生19
• 2.1.2 空化現(xiàn)象分類19-20
• 2.1.3 空化的影響20-21
• 2.2 空化噴嘴的種類及工作原理21-23
• 2.2.1 風琴管自振噴嘴21-22
• 2.2.2 中心體噴嘴22-23
• 2.2.3 縮放型噴嘴23
• 2.3 影響噴嘴空化性能的因素23-25
• 2.3.1 空化核23-24
• 2.3.2 空化數(shù)24-25
• 2.4 空泡運動的基本方程25-28
• 2.4.1 Rayleigh方程25-26
• 2.4.2 空泡的壓縮過程[53]26-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 3. 縮放型噴嘴幾何參數(shù)對空化流場影響的模擬與分析29-53
• 3.1 計算流體動力學簡介29-30
• 3.2 Fluent軟件介紹30-33
• 3.3 數(shù)值計算中相關(guān)數(shù)學模型33-38
• 3.3.1 湍流模型[54]33-34
• 3.3.2 多相流模型34-36
• 3.3.3 空化模型36-38
• 3.4 空化水噴丸工藝物理模型建立38-41
• 3.4.1 空化水噴丸工藝模型簡化38
• 3.4.2 噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)38-39
• 3.4.3 模型建立及邊界條件設(shè)定39-40
• 3.4.4 網(wǎng)格劃分40-41
• 3.5 模擬結(jié)果分析41-52
• 3.5.1 縮放型噴嘴內(nèi)部流場模擬結(jié)果分析41-43
• 3.5.2 噴嘴喉部直徑對空化行為影響模擬結(jié)果分析43-47
• 3.5.3 噴嘴擴張角度對空化行為影響模擬結(jié)果分析47-52
• 3.6 本章小結(jié)52-53
• 4. 空化水噴丸工藝沖擊壓力場的試驗測定與研究53-59
• 4.1 試驗裝置及工藝參數(shù)簡介53
• 4.2 沖擊壓力測定方法53-56
• 4.3 試驗結(jié)果分析56-58
• 4.4 本章小結(jié)58-59
• 5. 結(jié)論與展望59-61
• 5.1 結(jié)論59-60
• 5.2 展望60-61
• 參考文獻61-64
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術(shù)論文情況64-65
• 致謝65-66
• 作者簡介66-67

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 董星,段雄;高壓水射流噴丸強化技術(shù)[J];表面技術(shù);2005年01期

2 楊敏官;肖勝男;康燦;;出口形狀對中心體噴嘴射流性能的影響[J];流體機械;2011年05期

3 曾元松;黃遐;李志強;;先進噴丸成形技術(shù)及其應(yīng)用與發(fā)展[J];塑性工程學報;2006年03期

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本文編號：909814