毕业设计（论文）-同轴送粉器数值模拟精选.doc

目 录 1 绪 论 1 1.1 前言 1 1.2 课题背景的与现状 2 1.2.1 国外研究情况 3 1.2.2 国内研究情况 3 1.3 送粉技术现状及存在的问题 4 1.3.1 送粉方式 4 1.3.2 目前送粉技术存在的问题 6 2 计算流体学的基本原理 8 2.1 流体力学基本方程 8 2.1.1 质量守恒定律 8 2.1.2 动量守恒方程 9 2.1.3 能量守恒方程 11 3 FLUENT软件介绍 13 3.1 FLUENT软件概述 13 3.1.1 网格划分技术 13 3.1.2 软件的灵活设置 13 3.1.3 软件的基本构成 13 3.1.4 计算类型及应用领域 14 4 同轴送粉喷嘴模型的建立 16 4.1 同轴送粉喷嘴模型 16 4.2 同轴送粉模拟计算前处理 16 4.2.1 同轴送粉喷嘴建模 16 4.2.2 划分网格 17 4.2.3 设定边界类型 18 4.3 同轴送粉喷嘴的模拟计算步骤 19 5 汇聚过程的计算结果与分析 20 5.1同轴送粉的汇聚效果的总体分析 20 5.2粉气同角时汇聚特性数值模拟 20 5.2.1两腔锥角变化对汇聚性能影响 20 5.2.2气腔进口速度对汇聚性能影响 24 5.3粉气非同角时汇聚特性数值模拟 27 5.3.1 气腔进口速度对汇聚性能影响 27 5.3.2粉腔锥角变化的汇聚性能比较 31 致 谢 37 参考文献 38 附 录 39 1.绪论 1.1.引言 激光金属直接制造( LDMM) 技术是近十几年来兴起的一种先进制造技术, LDMM 技术采用高能量激光为热源, 以预置或同步供给金属粉末或金属丝为成形材料, 在金属基体上逐为金属零件。同轴送粉喷嘴是实现激光直接制造的层堆积而成形关键部件, 它的主要作用是把金属粉末均匀、稳定地输送到熔池中。在同轴送粉中, 由于粉末流与激光束同轴输出, 所以当粉末汇聚性差、汇聚焦距太小时( 粉末汇聚焦距是指喷嘴出口到粉末汇聚焦点的距离) , 在成形过程中粉末的反弹容易造成喷嘴堵粉而影响零件的成形质量, 国内外针对这一问题已做了大量的研究。Lin[ 7] 研究了雷诺数为2000 时, 同轴送粉喷嘴内的气粉两相流动, 计算和分析了粉末流浓度的分布规律; 杨洗陈等[ 8~ 10] 研究建立了同轴送粉喷嘴粉末流浓度场和温度场的理论模型, 开发了一种新型数字粒子图像测速( DPIV ) 系统来检测粉末流的浓度场分布, 并研究了金属粉末流和载流气体的动量和质量传输过程。 本文应用气固两相流理论对同轴送粉喷嘴的粉末流场进行数值模拟，分析了送粉喷嘴锥角、粉末流速和保护气体流速对粉末流场汇聚特性的影响,及粉末流场参数的变化规律。 1.2 课题背景与现状 1.2.1 国外研究现状 近年来，采用快速成型制造设备最积极的地区是东亚（尤其是韩国、新加坡及我国的香港）。美国的各种快速成型制造系统基本上都是在美国国家自然科学基金会的资助下研发并实现商品化的。在Austin举行的2000年度快速成型制造年会上，许多大学和公司都推出了各自的成型系统。日本以东京大学为首的一批学术机构及企业单位主要集中于SLA工艺（因为该工艺成型精度最高）、树脂材料研究开发和快速成型制造技术的应用方面。澳大利亚建立了主要由快速成型制造领域的工业企业和学术机构参与的“欧洲快速原型制造行动（EARP）”项目。 1.2.2 国内研究现状 为了加快快速成型制造技术在我国的发展，国家已组织实施了快速成型技术应用研究和推广服务工作。经过国内多所大学及公司几年的努力，已经研制开发与国外SLA、LOM、SLS、FDM工艺相类似的一批设备。这些设备都是多种技术的集成，主要是为了提高快速成型制造制作精度和可靠性，涉及工艺原理、工艺方法、温度控制、激光及冷却系统、精密机械传动等硬软件方面。但快速成型制造技术在国内的应用还不十分广泛，设备安装台数不多，目前仅限于大型企业。为改变此落后局面，西安交通大学已建立了中国快速成型制造网络站点，为我国快速成型制造制造商、快速成型制造技术应用服务中心、科研院校及广大用户提供信息服务。南方也已成立多家采用国外设备的快速成型制造服务中心，一些公司开始应用快速成型制造技术开发新产品。 1.3 送粉技术现状及存在的问题 1.3.1 送粉方式 （1）螺旋式送粉器：这种送粉器比较适合小颗粒粉末输送,工作中输送均匀，连续性和稳定性高，并且这种送粉方式，对粉末的干湿度没有要求，可以输送稍微潮湿的粉末。但是不适用于大颗粒粉末的输送，容易堵塞。由于是靠螺纹的间隙送粉，送粉量不能太小，所以很难实现精密激光熔覆加工中所要求的微量送粉，并且不适合输送不同材料的粉末。　 　 （2）转盘式送粉器：是基于气体动力学原理，通入的气体作为载流