[發明專利]固液兩相流中磨粒在不同位置碰撞壁面的概率分布測試裝置

有效

• 申請號: 201210100406.8
• 申請日: 2012-04-06
• 公開（公告）號: CN102621045A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 計時鳴;王嘉琦;譚大鵬;張鶴騰;張微;周龍兵;李宜燃
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G01L9/04
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;王利強

技術領域

本發明涉及軟性磨粒流精密加工領域，是一種固液兩相流中磨粒在不同位置碰撞壁面的概率分布測試裝置。

背景技術

模具是工業生產的基本工藝設備，是國民經濟的基礎產業，如今我國已經成為了模具生產和消費的大國。隨著汽車、電機、儀表、電器、電子、通信、家電、輕工等領域的迅速發展，對模具的要求越來越迫切，精度要求越來越高，結構要求也越來越復雜，模具生產技術的高低，已成為衡量一個國家產品的制造水平的重要標志。在模具制造過程中，為了消除模具表面所殘留的機械加工痕跡，光整加工技術已經成為了必要的工藝環節，占整個模具制造時間的50％以上。面對模具制造中所涉及的溝、槽、孔、棱柱、窄縫等異型表面(本文將其定義為結構化表面)，利用現階段借助工具接觸或靠近待加工表面進行加工會在模具表面留下痕跡。軟性磨粒流是由松散顆粒和液體混合而成，形成的具有弱黏性的液固兩相流在被加工工件的結構化表面形成湍流流動，并配以約束模塊，在加工工件表面形成約束流道，驅動磨粒對壁面進行多角度的微切微削作用，最終實現結構化表面的無工具化精密加工。

軟性磨粒流結構化表面的結束流道內，由于流體相的驅動作用，磨粒與磨粒之間，磨粒與壁面之間發生碰撞，從而使得磨粒不斷沖刷壁面，壁面受到顆粒的多角度切削作用而發生磨損。結構化表面的加工效果跟壁面碰撞的頻率和壓力直接有關，通過對軟性磨粒流磨粒碰撞壁面的位置分析，可以很方便分析出磨粒作用壁面的具體位置以及磨損情況，從而為分析軟性磨粒流加工提供理論依據。

在實際加工過程中，約束流道不但復雜而且狹窄，并且磨粒頻繁高速碰撞壁面，無法真實觀測顆粒作用壁面的概率分布情況，而現階段的軟性磨粒流加工主要集中于理論分析和實驗仿真，在實驗觀測軟性磨粒流碰撞結構化表面方面研究還比較薄弱。鑒于軟性磨粒流在結構化表面進行精密加工中起到的重要作用，設計出一種固液兩相流中磨粒在不同位置碰撞壁面的概率分布觀測裝置及方法對軟性磨粒流的進一步研究具有其深遠的意義。

發明內容

為了克服已有固液兩相流的流道中無法真實測試磨粒碰撞壁面的概率分布的不足，本發明提供一種能比較精確地測量磨粒碰撞壁面的概率分布的固液兩相流中磨粒在不同位置碰撞壁面的概率分布測試裝置。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種固液兩相流中磨粒在不同位置碰撞壁面的概率分布測試裝置，所述概率分布測試裝置包括固液兩相流循環系統、壓力傳感器以及計算機后處理系統；

所述固液兩相流循環系統模型包括潛水泵、磨料箱、攪拌器、軟管、具有結構化表面的約束流道和防止軟性磨粒流溢出的溢流管；所述的磨粒箱中放置潛水泵，所述的潛水泵通過所述的進口軟管與所述的具有結構化表面的約束流道入口連接，所述的具有結構化表面約束流道出口與所述的出口軟管相連，所述的出口軟管與所述的磨料箱連接，所述磨粒箱中置有攪拌器，所述磨料箱下部側面設有所述溢流管；

所述壓力傳感器包括應變片矩陣和預處理電路，所述應變片矩陣由一系列應變片密封粘結在金屬薄片的下表面構成，并貼于具有結構化表面的約束流道的壁面上，利用fluent仿真得到流道內的壓力分布，并根據壓力梯度分布進行區域劃分，所述的應變片矩陣根據壓力劃分區域進行粘貼；

所述計算機后處理系統：概率分布測試模塊，用以通過計算機串口從所述的預處理電路中讀取數字信號并進行分析處理，將fluent數值仿真中已經進行網格劃分的每個區域的壓力均值作為該處的壓力信號基值，再從所述的預處理電路中得到的壓力信號中濾去，最終得到固液兩相流中磨粒在不同位置碰撞壁面的壓力分布。

進一步，所述具有結構化表面約束流道截面進口大出口小，所述具有結構化表面的約束流道置于實驗工作臺上，所述具有結構化表面的約束流道左右兩側分別連接進口軟管和出口軟管，所述進口軟管連通所述潛水泵和所述具有結構化表面的約束流道，所述出口軟管連通所述具有結構化表面的約束流道和所述磨料箱。

再進一步，所述預處理電路包括惠更斯電橋、放大器、A/D轉換器、存儲器和處理器，所述的應變片矩陣能夠將固液兩相流中磨粒在不同位置碰撞壁面的壓力轉化為電阻的變化，所述的惠更斯電橋將所述的應變片矩陣的電阻變化轉化為電壓的變化，并經過所述的放大器和A/D轉換器轉化成數字信號，存儲于所述的存儲器中。