[發(fā)明專利]基于Flow-3D軟件對微弧火花沉積中熔滴過渡實(shí)現(xiàn)數(shù)值模擬的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010714566.6
• 申請日: 2020-07-22
• 公開（公告）號: CN111914452A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁晨;楊建國;賀飛
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/20;G06F113/08
• 代理公司: 杭州之江專利事務(wù)所(普通合伙) 33216
• 代理人: 朱楓

1.基于Flow-3D軟件對微弧火花沉積中熔滴過渡實(shí)現(xiàn)數(shù)值模擬的方法，其特征在于：創(chuàng)建基體表面上沉積熔融金屬滴的模型，模型由熔滴和基體組成，設(shè)置基體的長寬高分別為200μm、200μm、50μm，熔滴距離基體表面的距離為100μm，利用六面體網(wǎng)格技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，對于單個(gè)微弧火花熔滴過渡過程中，每個(gè)單元格的大小為2μm×2μm×2μm；

結(jié)合不可壓縮流體的動(dòng)量守恒方程、質(zhì)量守恒方程和能量守恒方程作為控制方程來描述液體的運(yùn)動(dòng)，基于有限差分法的控制方程，通過流體體積函數(shù)方法求解微弧火花沉積熔滴過渡鋪展過程中的傳熱流動(dòng)。

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：模型中電極的尖端距離基體一定的距離，熔滴具有向下和向右的初始速度。

3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：采用的是笛卡爾坐標(biāo)系，當(dāng)網(wǎng)格單元充滿液體時(shí)，F(xiàn)＝1；當(dāng)網(wǎng)格單元中為空時(shí)，F(xiàn)＝0；當(dāng)網(wǎng)格單元有部分液體時(shí)0F1；VOF函數(shù)中的F滿足以下方程I：

式中：u，v和w分別表示x，y和z方向的速度矢量；Ax，Ay，Az分別表示x，y和z各自方向上流體開放的面積。

4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：質(zhì)量連續(xù)性方程滿足以下方程II：

式中，ρ是微滴的密度。

5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：動(dòng)量守恒方程在三個(gè)坐標(biāo)方向上的流體速度分量(u，v，w)的運(yùn)動(dòng)方程是Navier-Stokes方程III:

式中τ是粘性應(yīng)力，(wsx,wsy,wsz)項(xiàng)表示壁剪應(yīng)力。

6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：流體內(nèi)部能量守恒方程IV可以表示為：

其中I是宏觀混合物的內(nèi)部能量；假設(shè)能量I是溫度的線性函數(shù)V：

I＝C_VT+(1-f_s)C_LHT (V)

C_V是恒定流量的流體的比熱，f_S是固體分?jǐn)?shù)，C_LHT是潛熱，T為溫度；T_DIF用于表示熱傳導(dǎo)擴(kuò)散項(xiàng)，由下式給出：

式中:k是指導(dǎo)熱系數(shù)；

微滴與基體之間的傳熱過程中動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)溫度的方程VII是：

式中，T_w是指基體溫度,ρ_w,C_w和k_w分別是基體密度、比熱容和熱導(dǎo)率；M_w結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：基體熔滴的計(jì)算區(qū)域的邊界條件設(shè)置：在設(shè)置整個(gè)計(jì)算域的邊界條件時(shí)，將上表面設(shè)置為壓力邊界條件，四周表面設(shè)置為outflow邊界條件，下表面設(shè)置為wall邊界條件，除了液滴以外，所有在基體上方的區(qū)域都用空隙初始化，空隙區(qū)域的速度和壓力均為零。

8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：先對熔滴過渡速度進(jìn)行較大范圍的模擬，速度為1m/s、40m/s和120m/s不同過渡速度時(shí)熔滴在基體表面的鋪展情況；將模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比，從而推導(dǎo)出微弧火花沉積中熔滴的過渡速度范圍。