本文關鍵詞：槳葉式液粒兩相流光整加工技術方案與實驗研究

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【摘要】：本課題目的在于開發(fā)研究兩相流光整加工新方法。目前兩相流光整工藝是利用流體相，如高壓氣體或高壓液體在一定的空間里做強制環(huán)流運動，流體相在運動的同時會帶動夾雜在流體相中的固體磨料顆粒緊貼工件表面運動，使得固相磨料顆粒能夠?qū)ぜ砻鎰澆�、刻劃及滾壓，實現(xiàn)孔表面的光整加工。液固兩相強制環(huán)流光整加工工藝的實施過程中，需要使用專用的加壓設備產(chǎn)生高壓流體作為動力源，并且還要使用管路進行導流，整個加工過程不方便。本文結(jié)合上述工藝在實施過程的特點進一步探究，提出槳葉式孔表面液粒兩相流光整加工工藝。 論文中工藝思路來源于金屬在液固兩相流中沖刷腐蝕磨損的理論機理，工程中有大量液粒兩相流應用問題，對于管道輸運，水電站等出現(xiàn)液粒兩相流流動現(xiàn)象中的管壁和水輪機，許多學者都致力于防止這些金屬部件的沖蝕磨損的研究，對其做了大量理論和實驗研究，對液固兩相流體流動速度，沖刷角度以及固相顆粒形狀、硬度進行了研究，以削弱對表層金屬的沖刷腐蝕作用。因此本文中工藝實施方法就是加快金屬在液固兩相流中的沖刷腐蝕，同時參照生產(chǎn)實踐應用中槳葉式攪拌機的使用原理，提出一種槳葉式液粒兩相流光整加工技術方案，該工藝的具體實施方法是使用葉輪旋轉(zhuǎn)來帶動置于液體里固體顆粒緊貼工件孔表面劃擦、刻劃及滾壓對其表面光整加工。 本文首先對流體相中固體顆粒對金屬壁面沖刷腐蝕機理進行闡述，接著對液粒兩相流光整加工工藝的工作原理以及固相磨料顆粒對工件壁面的光整加工的作用機理進行分析，并且對固體顆粒在流體相中的運動軌跡和受力情況做出解析。 利用FLUENT對工作區(qū)域流場進行仿真模擬，分別對不同葉片數(shù)的葉輪，不同葉輪轉(zhuǎn)速、工件內(nèi)孔直徑的單項流流場進行仿真，對流場中位置點的總速度、軸向速度、徑向速度和圓周速度以及流場中壓力場的分布情況進行對比分析，得出結(jié)論：在工藝中較適宜使用三葉片葉輪；在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速越高，流場流體速度越大，對壁面動壓力越大；對特定外徑的葉輪其能應用于孔的直徑范圍有限。對液固兩相混合流場進行仿真，結(jié)果顯示，靠近葉輪位置處磨料顆粒運動劇烈，對壁面作用力較強。 最后對直徑為Φ130mm的45#鋼管進行光整加工實驗，得到不同葉輪轉(zhuǎn)速，磨料顆粒材料及尺寸大小對加工效果的影響情況，通過對比發(fā)現(xiàn)：在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)葉輪主軸轉(zhuǎn)速越高，，光整效率越高，獲得表面粗糙度Ra值越�。谎趸X材質(zhì)的磨料顆粒加工效果要優(yōu)于碳化硅材質(zhì)的磨料顆粒；粒徑小的磨料加工獲得表面質(zhì)量優(yōu)于粒徑大的磨料加工后獲得表面。
【關鍵詞】：光整加工 液固兩相流 葉輪 FLUENT仿真
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG664
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 目錄8-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 表面光整加工技術概述12-14
• 1.2.1 表面光整加工技術的定義12
• 1.2.2 表面光整加工技術的目的及特點12-13
• 1.2.3 表面光整加工技術發(fā)展方向13-14
• 1.3 孔表面光整加工研究現(xiàn)狀14-19
• 1.3.1 磁性磨料光整加工孔表面工藝14-16
• 1.3.2 磨料流光整加工16-17
• 1.3.3 磨料水射流光整加工17-18
• 1.3.4 兩相流光整加工18-19
• 1.4 液粒兩相流概述19-21
• 1.4.1 兩相與多相流的定義與分類19-20
• 1.4.2 兩相流的基本方程20-21
• 1.5 本課題研究內(nèi)容21
• 1.6 本章小結(jié)21-23
• 第二章 液粒兩相流光整加工理論分析23-31
• 2.1 液粒兩相流光整工藝的提出23-26
• 2.1.1 流體力學因素對金屬沖刷磨損的影響機制23-25
• 2.1.2 槳葉式攪拌的研究現(xiàn)狀25
• 2.1.3 技術方案的提出25-26
• 2.2 液粒兩相流孔表面加工原理26-28
• 2.2.1 微量磨削作用27
• 2.2.2 碰撞刻劃作用27-28
• 2.3 磨料顆粒受力及運動分析28-30
• 2.3.1 磨料顆粒的受力分析28-29
• 2.3.2 磨料顆粒的運動分析29-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第三章 液粒兩相流光整加工仿真及模擬分析31-59
• 3.1 FLUENT 軟件介紹31-33
• 3.2 不同葉輪結(jié)構(gòu)流場仿真33-45
• 3.2.1 葉輪結(jié)構(gòu)的構(gòu)建33-34
• 3.2.2 流場結(jié)構(gòu)構(gòu)建34
• 3.2.3 流場網(wǎng)格劃分及邊界條件設置34-35
• 3.2.4 三種流場單相流模擬35-37
• 3.2.5 結(jié)果后處理37-45
• 3.3 不同參數(shù)的單相流的數(shù)值模擬研究45-52
• 3.3.1 葉輪主軸轉(zhuǎn)速對液流運動的影響45-49
• 3.3.2 葉輪與工件間間隙對液流運動的影響49-52
• 3.4 三葉片葉輪液粒兩相流的數(shù)值模擬仿真52-57
• 3.4.1 磨料為Φ5mm 碳化硅的兩相流仿真52-56
• 3.4.2 磨料為Φ5mm 碳化硅與Φ3mm 碳化硅兩相流仿真比較56-57
• 3.5 本章小結(jié)57-59
• 第四章 液粒兩相流光整加工實驗驗證59-69
• 4.1 實驗目的及準備59-60
• 4.1.1 實驗設備及工件59-60
• 4.1.2 磨料選取60
• 4.1.3 液粒兩相流體制備60
• 4.2 液粒兩相流光整加工不同參數(shù)實驗研究60-68
• 4.2.1 工藝合理性實驗驗證60-62
• 4.2.2 不同磨料材質(zhì)的加工效果的影響62-64
• 4.2.3 不同主軸轉(zhuǎn)速對加工效果的影響64-66
• 4.2.4 不同大小磨料顆粒對加工效果的影響66-68
• 4.3 本章小結(jié)68-69
• 第五章 總結(jié)與展望69-71
• 5.1 總結(jié)69-70
• 5.2 展望70-71
• 參考文獻71-75
• 致謝75-77
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文77

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 周國忠,聶毅強,包雨云,施力田,王英琛;攪拌槽內(nèi)非牛頓流體流動場的數(shù)值模擬[J];北京化工大學學報(自然科學版);2002年04期

2 丁一剛 ,王慧龍 ,郭興蓬 ,鄭家q

本文編號：966092