[發明專利]基于CFD技術的氣霧化衛星粉末形成和抑制的模擬分析方法

有效

• 申請號: 202010964523.3
• 申請日: 2020-09-14
• 公開（公告）號: CN112199902B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 劉楊;王悅;許文勇;李周;袁華;張國慶
• 申請（專利權）人: 中國航發北京航空材料研究院
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/17;G06F111/10
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

1.一種基于CFD技術的氣霧化衛星粉末形成和抑制的模擬分析方法，其特征在于：所述的基于CFD技術的氣霧化衛星粉末形成和抑制的模擬分析方法采用CFD方法來模擬氣霧化制粉爐中衛星粉末形成過程，識別原始衛星粉末形成區域，分析優化結構的衛星粉末抑制效果，包括以下步驟：

步驟一、構建實際霧化制粉爐流場模型，進行網格劃分；

步驟二、構建數學計算模型；

步驟三、根據實際工況條件設置邊界條件；其中，顆粒釋放平面位置通過實際霧化制粉過程中的霧化圖像分析顆粒生成部位確定；

步驟四、設置穩態單相氣流場迭代計算；

步驟五、設置瞬態氣固兩相流場耦合迭代計算；

步驟六、利用后處理軟件分析粉末顆粒分布規律，識別原始衛星粉末形成區域，識別準則為：在固相線溫度以上，細微粉末回流才會形成衛星粉末；

步驟七、進行制粉爐結構優化設計，增加細微粉末回流抑制機構，后重復步驟一至六，反復迭代直至原始衛星粉末形成區域的細微粉末顆?；亓鳜F象被抑制。

2.根據權利要求1所述的基于CFD技術的氣霧化衛星粉末形成和抑制的模擬分析方法，其特征在于：所述步驟一具體過程為：

(1)測量實際霧化爐內壁、霧化器腔體、導流管外壁面、霧化氣流入口以及爐體出口位置和尺寸，構建二維幾何模型，對氣流入口和出口進行等面積轉換，對霧化制粉爐結構進行簡化處理；

(2)繪制的二維幾何模型導入CFD前處理軟件中進行網格劃分，對霧化器和導流管位置進行網格加密，對不可移動的壁面添加邊界層網格。

3.根據權利要求1所述的基于CFD技術的氣霧化衛星粉末形成和抑制的模擬分析方法，其特征在于：所述步驟二實現過程為：

(1)用可壓縮氣相條件下的瞬態離散相粒子模型描述粉末顆粒在霧化制粉爐內的運動，在求解單相穩態可壓縮氣流場的基礎上，疊加粉末顆粒運動控制方程和能量方程；

(2)可壓縮氣流場湍流模型采用K-Epsilon-Realizable描述，霧化介質氣體選擇可壓縮的理想氣體狀態。

4.根據權利要求1所述的基于CFD技術的氣霧化衛星粉末形成和抑制的模擬分析方法，其特征在于：所述步驟三實現過程為：

4.1、利用壓力表和流量計平均值計算入口總壓和靜壓；

4.2、計算湍流強度；

4.3、根據實際霧化制粉爐制備過程中的合金液流量表征粉末顆粒流量；

4.4、測量原始粉末顆粒粒徑Rosin-Rammlar分布，并擬合計算原始粉末顆粒的擴散系數和平均粒徑；

4.5、利用實際霧化制粉過程中的霧化圖像分析顆粒生成部位，在計算區域建立粉末顆粒釋放平面；

4.6、利用紅外測溫儀，測量粉末顆粒釋放平面位置附近的溫度。

5.根據權利要求1所述的基于CFD技術的氣霧化衛星粉末形成和抑制的模擬分析方法，其特征在于：所述步驟四實現過程為：

采用穩態計算模式，霧化壓力按逐級增大的方式輸入，求解器在輸入霧化壓力不大于1.5MPa時選擇SIMPLE求解器，在輸入霧化壓力大于1.5MPa時選擇COUPLED求解器。

6.根據權利要求4所述的基于CFD技術的氣霧化衛星粉末形成和抑制的模擬分析方法，其特征在于：所述步驟五實現過程為：

步驟四收斂后采用瞬態模式，加載T-DPM模型，添加第二相粉末顆粒，輸入步驟三中獲得的粉末顆粒數據，進行耦合迭代計算。

7.根據權利要求1所述的基于CFD技術的氣霧化衛星粉末形成和抑制的模擬分析方法，其特征在于：所述步驟六具體過程為：

利用CFD后處理軟件構建基于粉末顆粒粒徑的瞬態粉末顆粒分布圖，分析細微粉末回流行為，結合合金材料的固相線溫度，識別該結構的氣霧化制粉爐原始衛星粉末形成區域，識別準則為：在固相線溫度以上，細微粉末回流才會形成衛星粉末。

8.根據權利要求1所述的基于CFD技術的氣霧化衛星粉末形成和抑制的模擬分析方法，其特征在于：步驟七所述細微粉末回流抑制機構為與爐體適配的擋板。

9.根據權利要求1所述的基于CFD技術的氣霧化衛星粉末形成和抑制的模擬分析方法，其特征在于：步驟七所述細微粉末回流抑制機構為二次氣流分散機構。