[發明專利]噴油嘴磨粒流加工顆粒運動數值模擬方法

有效

• 申請號: 201510227337.0
• 申請日: 2015-05-07
• 公開（公告）號: CN104765940B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: 李俊燁;吳桂玲;侯吉坤;張心明;許穎;劉建河;孫鳳雨
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種噴油嘴磨粒流加工顆粒運動數值模擬方法，屬于磨粒流加工模擬技術領域。

背景技術

當前，伴隨著制造業的不斷發展，各個領域對零部件的精度要求也不斷提高。尤其是在航空航天業、汽車制造業、醫學及軍工領域對零部件都有較高的精度要求。如汽車供油系統中的重要部件共軌管、噴油嘴零件以及航空載運工具中廣泛應用的閥門閥芯等零部件均對表面質量有很高的要求。面對這些尺寸小、精度要求高的復雜行腔零部件，傳統加工方法很難達到加工要求，磨粒流加工技術應運而生。磨粒流加工技術能夠有效的解決傳統的加工方法難以實現的微小孔道，尤其是非直線孔道的精密加工。磨粒流加工技術較傳統加工方法存在很大的優勢，消除了表面冷作硬化,消除了表面殘余應力及面層金相組織的變化對工件質量性能的影響。

發明內容

本發明的目的在于提供一種噴油嘴磨粒流加工顆粒運動數值模擬方法，以便更好地針對噴油嘴磨粒流加工顆粒運動情況進行數值模擬，改善使用效果。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下。

一種噴油嘴磨粒流加工顆粒運動數值模擬方法，具體步驟如下：

(1)建立計算模型：所選噴油嘴零件為某柴油發動機噴油嘴零件，在其端部均布六個小噴孔，其流道大孔直徑為4mm，小孔直徑為0.16mm，通過Soildworks軟件所繪制的三維實體模型；為便于仿真分析，對所繪制的噴油嘴三維實體圖進行簡化，隱藏其實體部分，將其內部通道部分抽象出來，只保留噴油嘴主通道及六個噴孔通道；

(2)設置求解參數：在進行仿真之前，要對磨粒流的特征參數、初始參數、邊界條件進行設定，具體如下：

(2a)初始參數：操作壓力1.01e5Pa，液相密度ρ_L為886，液相動力粘度為μ＝0.131e^-0.026TPa·s，液相比熱容2000j/(kg·K)，液相熱傳導系為0.15w/(m·K)，重力加速度9.8m·s²，常溫下SiC顆粒密度ρ_s(kg/m³)，SiC顆粒熱傳導系數120w/(m·K)；

(2b)進出口邊界條件：

連續相：通道進口采用速度進口條件，假定進口處磨粒流為湍流狀態，根據噴油嘴磨粒流加工的實際過程可知，出口端為直接與外界連通，磨粒流可以自由從噴油嘴流出，設定出口端邊界條件為自由出口；

離散相：離散相為SiC顆粒，離散相SiC顆粒的濃度同樣也會影響到磨粒流加工效果，理論上單位體積內SiC含量越高，磨粒流中的SiC顆粒與通道壁面發生碰撞的機會也越多，對通道內表面的磨削作用也越明顯；設定SiC顆粒體積分數為8％。同樣也采用速度進口條件，所給定的初始速度與流體相一樣；出口端邊界條件為自由出口；

(2c)壁面邊界條件：壁面默認為非滑移邊界條件。

(3)模型網格劃分及區域劃分：對噴油嘴通道幾何模型采用四面體進行網格劃分；為獲得滿意的網格質量，對于噴油嘴模型，先對計算模型進行分塊處理，然后以四面體網格對分塊后的通道進行劃分并逐個設置網格疏密程度，從而達到控制網格數目與網格質量的目的，以符合模擬仿真計算的要求；選用四面體網格對其劃分，并在噴油嘴通道壁面處生成邊界層網格；網格劃分后形成230845個節點。

(4)求解器的設置及求解計算：總體模型設定中，時間類型選擇Transient瞬變類型，連續相采用k-epsilon湍流模型，根據噴油嘴模型的尺寸進行離散相跟蹤計算的設置中，步長為0.001mm，最大步數為4500步；求解方法選擇二階迎風算法，迭代160次，達到收斂條件，說明噴油嘴通道模型設計與計算參數設置較為合理，可以達成收斂；

(5)計算結果后處理：

(5a)顯示顆粒軌跡。通過數值分析獲得的顆粒軌跡圖，由顆粒跡線圖可見，顆粒對流體的跟隨性很好，很少有顆粒順著來流的方向直接撞擊到管壁上，近壁處的顆粒會順著來流方向在壁面產生滑移，當磨粒流流經交叉孔處，由于局部的阻力，使得流體的動能損失較大，速度明顯減小，從而減弱了對顆粒的攜帶作用，對顆粒的動量傳遞變小，導致顆粒的動量減小，部分顆粒在交叉孔處產生堆積，發生堆積的這部分顆粒又在二次流的作用下流經堆積表面進入噴油嘴噴孔。