[發明專利]一種固液兩相磨粒流加工擋板伺服閥噴嘴大渦數值模擬方法

有效

• 申請號: 201810572538.8
• 申請日: 2018-06-07
• 公開（公告）號: CN108959714B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 李俊燁;盧慧;衛麗麗;范景峰;孟文卿;許穎;趙偉宏;周化文
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F111/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種固液兩相磨粒流加工擋板伺服閥噴嘴大渦數值模擬方法，其特征在于：具體步驟如下：

(1)建立物理模型：根據擋板伺服閥噴嘴工件實際尺寸建立模型，從入口到出口1的長度為4mm，入口直徑為Φ1mm，出口直徑1為Φ0.1mm，從側孔出口2外端到側孔出口3外端長度為2mm，側孔出口2和側孔出口3的直徑都是Φ0.5mm；除入口和出口外，工件流道內表面為壁面；

(2)物理模型的網格劃分：采用拓撲塊結構進行六面體對擋板伺服閥噴嘴進行網格劃分，網格質量大于0.5；

(3)固液兩相磨粒流參數設置：固相選用三氧化二鋁，液相選用航空煤油和三乙醇胺，求解過程三乙醇胺和航空煤油假設為連續流體介質；

(4)流場參數的設置：在進行磨粒流加工擋板伺服閥噴嘴大渦數值模擬前，需進行相關的流場參數設置，參數設置與實際加工條件相結合；

(a)模型選擇：

假定固液兩相磨粒流加工過程為為湍流過程，選用大渦模擬模型、固液兩相流混合模型；

(b)入口邊界條件：

選擇速度入口邊界條件，取消壁面滑移設置，激活能量模型；

(c)出口邊界條件：

由于在固液兩相磨粒流實際加工過程中，無法對出口的壓強以及速度進行準確預估，所以設置出口邊界條件為自由出口，使得大渦數值模擬切合實際；

(5)大渦數值模擬結果和分析：應用大渦數值模擬方法，通過固液兩相磨粒流流動特性探討漩渦形成對固液兩相磨粒流加工質量的影響，分析固液兩相磨粒流加工噴嘴擋板伺服閥噴嘴的作用規律，分析大渦數值模擬固液兩相磨粒流加工微切削機理；

應用大渦數值模擬方法對固液兩相流加工擋板伺服閥噴嘴進行數值模擬分析，以擋板伺服閥噴嘴小孔和側孔為研究對象，分析磨粒流的運動規律；并且以小孔為出口時，分析小孔截面漩渦形成機制，側孔為出口時，分析側孔截面漩渦形成機制；通過對擋板伺服閥噴嘴固液磨粒流加工的分析，獲得固液兩相磨粒流加工擋板伺服閥噴嘴工件的內表面質量作用規律和微切削機理；

(6)固液兩相磨粒流中的三氧化二鋁磨粒與壁面的相互撞擊會形成渦流擴散，渦流會帶動流體質點隨機運動，隨機運動會導致動量傳遞，由于隨機運動造成的渦團，渦團內部之間會產生粘度；在磨粒流開始進入擋板伺服閥噴嘴內部時，湍流粘度達到最低值，是因為磨粒流剛開始運動還沒有形成渦團，所以粘度值低；隨著磨粒流從入口向小孔出口1的運動，湍流粘度以拋物線的趨勢在擋板伺服閥噴嘴型腔內增大；擋板伺服閥噴嘴壁面處的粘度總要大于擋板伺服閥噴嘴型腔中心線處1處的粘度，磨粒流在從入口向小孔出口1進行無規則運動時，三氧化二鋁磨粒對壁面的撞擊形成微切削過程，對壁面以及小孔出口1區域進行微切削作用；

(7)固液兩相磨粒流在擋板伺服閥噴嘴內部形成漩渦一直延續到側孔出口2和側孔出口3，以旋轉的方式從出口流出；擋板伺服閥噴嘴的中心線2處形成的漩渦最多；隨著漩渦運動到側孔出口2和側孔出口3，磨粒流經過壁面的撞擊形成回流，回流會形成漩渦，擋板伺服閥噴嘴的入口處至側孔出口2和側孔出口3的磨粒運動都是通過漩渦進行微切削加工作用；漩渦具有引力將外圍的磨粒流卷入漩渦并隨漩渦一起運動，形成的漩渦有利于固液兩相磨粒流對壁面毛刺的去除，提高磨粒流對壁面的加工質量；

(8)由于三氧化二鋁磨粒之間相互碰撞以及液相流體的流動，使得固液兩相磨粒流軌跡在運動時出現漩渦狀態，隨著固液兩相磨粒流的運動，固液兩相磨粒流軌跡的漩渦也隨之改變，固液兩相磨粒流會形成新的漩渦；加工速度對漩渦的形成有影響，漩渦的形成有利于三氧化二鋁磨粒對壁面均勻碰撞，有利于固液兩相磨粒流的光整加工作用；

(9)Pr數對磨粒流加工的影響：Pr數為普朗特數，與溫度有關；磨粒流在擋板伺服閥噴嘴入口處的Pr數值大，隨著磨粒流運動的進行，Pr數值減小，Pr數值在大孔區域變化不穩定，但整體趨勢呈逐漸減小；Pr數值在磨粒流接近小孔區域的入口處達到最小，隨著磨粒流進入小孔后，Pr數值又逐漸開始變大；溫度越高，Pr數值越小，磨粒在擋板伺服閥噴嘴內部進行加工時，溫度不斷變大，熱量交換與動量交換過程使得磨粒流對噴嘴壁面加工變好。