【正文】 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué) 位論文 1 目 錄 1 緒 論 ....................................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 前言 ................................................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 課題 背景 的 與現(xiàn)狀 ........................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 國外研究情況 ....................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 國內(nèi)研究情況 ....................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 送粉技術(shù)現(xiàn)狀及存在的問題 ............................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 送粉方式 .............................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 目前送粉技術(shù)存在的問題 ...................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 2 計(jì)算流體學(xué)的基本原理 .............................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 流體力學(xué)基本方程 ........................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 質(zhì)量守恒定律 ....................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 動(dòng)量守恒方程 ....................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 能量守恒方程 ....................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 3 FLUENT 軟件介紹 ..................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 FLUENT 軟件概述 .......................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 網(wǎng)格劃分技術(shù) ....................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 軟件的靈活設(shè)置 .................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 軟件的基本構(gòu)成 .................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 計(jì)算類型及應(yīng)用領(lǐng)域 ............................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 4 同軸送粉噴嘴模型的建立 ........................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 同軸送粉噴嘴模型 ........................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 同軸送粉模擬計(jì)算前處理 ................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 同軸送粉噴嘴建模 ................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 劃分網(wǎng)格 .............................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 設(shè)定邊界類型 ....................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 同軸送粉噴嘴的模擬計(jì)算步驟 ......................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 5 匯聚過程的計(jì)算結(jié)果與分析 ................................................................................................. 17 同軸送粉的匯聚效果的總體分析 ..................................................................................... 17 粉氣同角時(shí)匯聚特性數(shù)值模擬 ................................................................................. 17 兩腔錐角變化對匯聚性能影響 ............................................................................... 17 氣腔進(jìn)口速度對匯聚性能影響 ............................................................................... 21 粉氣非同角時(shí)匯聚特性數(shù)值模擬 .............................................................................. 24 氣腔進(jìn)口速度對匯聚性能影響 .............................................................................. 24 粉腔錐角變化的匯聚性能比較 ............................................................................... 27 致 謝 .............................................................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 附 錄 .............................................................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué) 位論文 2 激光金屬直接制造 ( LDMM) 技術(shù)是近十幾年來興起的一種先進(jìn)制造技術(shù) , LDMM 技術(shù)采用高能量激光為熱源 , 以預(yù)置或同步供給金屬粉末或金屬絲為成形材料 , 在金屬基體上逐為金屬零件。同軸送粉噴嘴是實(shí)現(xiàn) 激光直接制造的層堆積而成形關(guān)鍵部件 , 它的主要作用是把金屬粉末均勻、穩(wěn)定地輸送到熔池中。在同軸送粉中 , 由于粉末流與激光束同軸輸出 , 所以當(dāng)粉末匯聚性差、匯聚焦距太小時(shí) ( 粉末匯聚焦距是指噴嘴出口到粉末匯聚焦點(diǎn)的距離 ) , 在成形過程中粉末的反彈容易造成噴嘴堵粉而影響零件的成形質(zhì)量 , 國內(nèi)外針對這一問題已做了大量的研究。 Lin[ 7] 研究了雷諾數(shù)為 2021 時(shí) , 同軸送粉噴嘴內(nèi)的氣粉兩相流動(dòng) , 計(jì)算和分析了粉末流濃度的分布規(guī)律 。 楊洗陳等 [ 8~ 10] 研究建立了同軸送粉噴嘴粉末流濃度場和溫度場的理論模 型 , 開發(fā)了一種新型數(shù)字粒子圖像測速 ( DPIV ) 系統(tǒng)來檢測粉末流的濃度場分布 , 并研究了金屬粉末流和載流氣體的動(dòng)量和質(zhì)量傳輸過程。 本文應(yīng)用氣固兩相流理論對同軸送粉噴嘴的粉末流場進(jìn)行數(shù)值模擬， 分析了送粉噴嘴錐角、粉末流速和保護(hù)氣體流速對粉末流場匯聚特性的影響 ,及粉末流場參數(shù)的變化規(guī)律 。 課題背景與現(xiàn)狀 國外研究現(xiàn)狀 近年來，采用快速成型制造設(shè)備最積極的地區(qū)是東亞（尤其是韓國、新加坡及我國的香港）。美國的各種快速成型制造系統(tǒng)基本上都是在美國國家自然科學(xué)基金會(huì)的資助下研發(fā)并實(shí)現(xiàn)商品化 的。在 Austin 舉行的 2021 年度快速成型制造年會(huì)上，許多大學(xué)和公司都推出了各自的成型系統(tǒng)。日本以東京大學(xué)為首的一批學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)及企業(yè)單位主要集中于 SLA 工藝（因?yàn)樵摴に嚦尚途茸罡撸?、樹脂材料研究開發(fā)和快速成型制造技術(shù)的應(yīng)用方面。澳大利亞建立了主要由快速成型制造領(lǐng)域的工業(yè)企業(yè)和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)參與的“歐洲快速原型制造行動(dòng)（ EARP）”項(xiàng)目。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 為了加快快速成型制造技術(shù)在我國的發(fā)展，國家已組織實(shí)施了快速成型技術(shù)應(yīng)用研究和推廣服務(wù)工作。經(jīng)過國內(nèi)多所大學(xué)及公司幾年的努力，已經(jīng)研制開發(fā)與國外 SLA、LOM、 SLS、 FDM 工藝相類似的一批設(shè)備。這些設(shè)備都是多種技術(shù)的集成，主要是為了提高快速成型制造制作精度和可靠性，涉及工藝原理、工藝方法、溫度控制、激光及冷卻系統(tǒng)、精密機(jī)械傳動(dòng)等硬軟件方面。但快速成型制造技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用還不十分廣泛，設(shè)備安裝臺數(shù)不多，目前僅限于大型企業(yè)。為改變此落后局面，西安交通大學(xué)已建立了中國快速成型制造網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)，為我國快速成型制造制造商、快速成型制造技術(shù)應(yīng)用服務(wù)中心、科研院校及廣大用戶提供信息服務(wù)。南方也已成立多家采用國外設(shè)備的快速成型制造服務(wù)中心，一些公司開始應(yīng)用快速成型制造技術(shù) 開發(fā)新產(chǎn)品。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué) 位論文 3 送粉技術(shù)現(xiàn)狀及存在的問題 送粉方式 （ 1）螺旋式送粉器：這種送粉器比較適合小顆粒粉末輸送 ,工作中輸送均勻，連續(xù)性和穩(wěn)定性高，并且這種送粉方式，對粉末的干濕度沒有要求，可以輸送稍微潮濕的粉末。但是不適用于大顆粒粉末的輸送，容易堵塞。由于是靠螺紋的間隙送粉，送粉量不能太小，所以很難實(shí)現(xiàn)精密激光熔覆加工中所要求的微量送粉，并且不適合輸送不同材料的粉末。 （ 2）轉(zhuǎn)盤式送粉器：是基于氣體動(dòng)力學(xué)原理，通入的氣體作為載流氣體進(jìn)行粉末輸送，這種送粉器適合球形粉末的輸送，并且不同材料的粉末可以混合輸送，最小粉末輸送率可 1g/min。但是對其他形狀的粉末輸送效果不好，工作時(shí)送粉率不可控，并且對粉末的干燥程度要求高，稍微潮濕的粉末，會(huì)使送粉的連續(xù)性和均勻性降低。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué) 位論文 4 （ 3）刮板式送粉器：對于顆粒較大的粉末流動(dòng)性好，易于傳輸。但在輸送顆粒較小的粉末時(shí)，容易團(tuán)聚，流動(dòng)性較差，送粉的連續(xù)性和均勻性差，容易造成出粉管口堵塞。 （ 4）毛細(xì)管送粉器：這種送粉器能輸送的粉末直徑大于 。粉末輸送率可以達(dá)到≤1g/min 。能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)精密熔覆中要求的微量送粉，但是它是靠自身的重力輸送粉末，必須是干燥的粉末，否則容易堵塞，送粉的重復(fù)性和穩(wěn)定性差，對于不規(guī)則的粉末輸送，輸送時(shí)在毛細(xì)管中容易堵，所以只適合于球形粉 末的輸送。 （ 5）鼓輪式送粉器：其工作原理是基于重力場，對于顆粒比較大的粉末，因其流動(dòng)性好能夠連續(xù)送粉，并且機(jī)構(gòu)簡單。由于它是通過送粉輪上的粉勺輸送粉末，對粉末的干燥度要求高，微濕的粉末和超細(xì)粉末容易堵塞粉勺，使送粉不穩(wěn)定，精度降低。 （ 6）電磁振動(dòng)送粉器：是基于機(jī)械力學(xué)和氣體動(dòng)力學(xué)原理工作的，反應(yīng)靈敏，由于是用氣體做為載流體將粉末輸出，所以對粉末的干燥程度要求高，微濕粉末會(huì)造成送粉的重復(fù)性差。并且對于超細(xì)粉末的輸送不穩(wěn)定，在出粉管處超細(xì)粉末容易團(tuán)聚，發(fā)生堵塞。