氣-固兩相螺旋流光整加工技術(shù)的理論分析與數(shù)值模擬研究.pdf

1、本課題來源于國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(50345022)和山西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(20041058)，主要分析研究螺旋流光整加工技術(shù)。氣一固兩相螺旋流光整加工技術(shù)是利用氣體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，推動固體顆粒作螺旋運(yùn)動，使固體顆粒在離心力的作用下對工件孔內(nèi)表面進(jìn)行滾壓、磨削等，最終實(shí)現(xiàn)對工件孔內(nèi)表面光整加工的目的。此項(xiàng)新技術(shù)的研究將有助于傳統(tǒng)工藝和現(xiàn)有光整加工工藝的進(jìn)一步完善。 由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，單純通過試驗(yàn)來研究螺旋流光整加工的性能不僅周期

2、長而且費(fèi)用高。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬發(fā)揮著越來越大的作用，它有資金投入少、設(shè)計(jì)計(jì)算速度快、信息完全、仿真能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)值模擬是基于流體力學(xué)和計(jì)算流體力學(xué)的基本理論，建立各種復(fù)雜條件下的基本守恒方程組，確定適用模型的定解條件，用數(shù)值計(jì)算方法直接求解這些聯(lián)立的非線性偏微分方程組，從而得到整個(gè)流場中各變量的分布。因此，以數(shù)值模擬為主來研究光整加工工件孔內(nèi)螺旋流的流動規(guī)律、固體顆粒的運(yùn)動軌跡等，對改善螺旋流光整加工工件的結(jié)構(gòu)，很有工程

3、應(yīng)用價(jià)值。 本文主要內(nèi)容有：闡述了兩相流的基本理論；分析了等直徑孔內(nèi)螺旋流的基本特征、衰減特性、壓力分布及螺旋流中顆粒受到的摩擦力；研究了用于螺旋流的湍流模型及數(shù)值計(jì)算方法；應(yīng)用FLUENT 軟件，對氣流場采用基于各向異性的雷諾應(yīng)力湍流模型，對顆粒采用能反映顆粒運(yùn)動復(fù)雜經(jīng)歷和與壁面碰撞的隨機(jī)軌道模型，進(jìn)行了等直徑孔內(nèi)多種情況下氣流場、顆粒運(yùn)動軌跡、旋流強(qiáng)度等的數(shù)值模擬，得到了如下主要結(jié)論： 1．等直徑工件孔內(nèi)的螺旋流場

4、，其切向速度分布具有組合渦的特點(diǎn)，以最大切向速度點(diǎn)形成的面為界，內(nèi)部是強(qiáng)制渦，外部是自由渦，其軸對稱性很好。壓力分布在中心軸處最小，甚至出現(xiàn)負(fù)壓。旋渦強(qiáng)度沿著軸向逐漸減弱。 2．顆粒粒徑、氣體流量、噴嘴螺旋升角的變化對顆粒的軌跡都有影響。顆粒粒徑增加，氣體流量減少，噴嘴螺旋升角變大，都會使顆粒形成的螺旋圈數(shù)變少，使顆粒較早的離開等直徑工件孔。 3．等直徑工件孔內(nèi)壁面受力隨顆粒個(gè)數(shù)的增加及氣流流量的增加而增大。 4