【正文】 的速度矢量圖 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué) 位論文 30 圖 70176。 時，粉末匯聚的速度矢量圖 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué) 位論文 29 圖 65176。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué) 位論文 28 圖 60176。 、 75176。 、 65176。由此可見，當(dāng)保護氣進(jìn)口速度為，粉末的匯聚性能較好。 、保護氣進(jìn)口速度分別為 5m/s、 、 10m/s 時粉末的匯聚性能的比較，模擬結(jié)果見圖 至 。 粉氣非同角時匯聚特性數(shù)值模擬 氣腔進(jìn)口速度對匯聚性能影響 選取粉腔的錐角角度為 60176。由此可見，當(dāng)保護氣進(jìn)口速度為 ，粉末的匯聚性能較好。結(jié)果見圖 。 選取以上模擬匯聚特性較好的兩腔的錐角角度為 60176。由此可見，當(dāng)粉腔和氣腔的錐角角度均為 60176。 時，粉末匯聚的速度矢量圖 圖 ，圖 95%以上，圖 明粉末匯聚的體積百分?jǐn)?shù)在 90%~95%之間，圖 90~90%，圖 90%~95%之間。 時，粉末匯聚的速度矢量圖 , 圖 75176。 時，粉末匯聚的速度矢量圖 圖 氣腔和粉腔錐角角度均為 70176。 時，粉 末匯聚的速度矢量圖 圖 氣腔和粉腔錐角角度均為 65176。 圖 氣腔和粉腔錐角角度均為 60176。 、 75176。 、 65176。本論文重點研究了粉腔錐角、氣腔錐角和氣腔進(jìn)口速度對粉末匯聚的影響。在其他工藝參數(shù)一定的條件下 , 粉腔間隙越小 , 粉末的匯聚性越好 。 ，粉末的匯聚性能模擬。 、 70176。 粉腔錐角變化的匯聚性能比較，選取氣腔進(jìn)口速度為 ，粉腔的錐角角度分別為 60176。 、進(jìn)口速度為 2m/s，氣腔的錐角角度為 90176。 氣腔進(jìn)口速度對匯聚性能影響，選取以上模擬匯聚特性較好的兩腔的錐角角度時，考察氣腔的進(jìn)口速度分別為 5m/s、 、 10m/s 時粉末的匯聚性能。 、 75176。 、 65176。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué) 位論文 16 劃分網(wǎng)格 劃分網(wǎng)格步驟為先劃分線網(wǎng)格再劃分面網(wǎng)格，首先劃分四個噴嘴的線網(wǎng)格操作步驟為： OPERATION MESH EDGE 劃分兩個面網(wǎng)格步驟為： OPERATION MESH FACE 設(shè)定邊界類型 劃分邊界條件操作不住為： OPERATION ZONES 本模型邊界條件有 5個，兩個氣體進(jìn)口 速度，兩個粉末進(jìn)口速度，還有一個出口壓力。通過 按鈕將兩點連成直線。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué) 位論文 14 同軸送粉噴嘴模型 同軸送粉模型計算前處理 同軸送粉噴嘴建模 通過 Gambit 建模軟件建立一個長方形作為噴嘴模型的簡化模型，簡化模型簡單而易于計算。 總而言之，對于模擬復(fù)雜流場結(jié)構(gòu)的不可壓縮 /可壓縮流動來說， FLUENT 是很理想的軟件。 （ 11）兩相流，包括帶空穴流動計算。 （ 9）多空介質(zhì)流動計算。 （ 7）源項體積任意變化的計算，源項類型包括熱源、質(zhì)量源、動量源、湍 流源和化學(xué)組分源項等形式。 （ 5）多層次移動參考系問題，包括動網(wǎng)格界面和計算動子 /靜子相互干擾問題的混合面等問題。 （ 3）輻射傳熱計算。 （ 1）對流傳熱，包括自然對流和強迫對流。 （ 4）無粘流、層流和湍流。 （ 2）可壓、不可壓流。 （ 5）過濾器 —— 或者叫翻譯器，可以將其他 CAD/CAE軟件生成的網(wǎng)格文件變成能被FLUENT識別的網(wǎng)格文件。 （ 3） GAMBIT—— FLUENT提供的網(wǎng)格生成軟件。 軟件的基本構(gòu)成 FLUENT軟件包中包括以下幾個軟件： （ 1） FLUENT求解器 —— FLUENT軟件 的核心，所有計算在此完成。因為 C 語言在計算機的分配使用上非常靈活，所以 FLUENT 也在這方面擁有很大的靈活性，并可以在“客戶 /服務(wù)器”模式下進(jìn)行計算。 FLUENT可以劃分二維的三角形和四邊形網(wǎng)格，三維的四面體網(wǎng)格、六面體網(wǎng)格、金字塔型網(wǎng)格、楔形網(wǎng)格，以及由上述網(wǎng)格類型構(gòu)成的混合型網(wǎng)格?？梢杂糜谠煨凸ぷ鞯腃AD軟件包括 IDEAS、 Pro/E、 Solidworks、 Solidedge等。 FLUENT劃分網(wǎng)格的途徑有兩種：一種是用 FLUENT提供的專用網(wǎng)格軟件 GAMBIT進(jìn)行網(wǎng)格劃分，另一種則是由其他的 CAD軟件完成造型工作，再導(dǎo)入 GAMBIT中生成網(wǎng)格。 FLUENT軟件采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格與適應(yīng)性網(wǎng)格相結(jié)合的方式進(jìn)行網(wǎng)格劃分。 式 ()到 ()為 NavierStokes 方程。用矢量符號可寫為： ? ?ρ ρ 0div Ut? ??? （ ） 對于不可壓縮流體，密度為常數(shù)，連續(xù)性方程簡化為： ? ? 0div Ut? ?? ??? （ ） 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué) 位論文 7 d y d x d z z x y ρ， p U { u v w } 圖 空間微元體 動量守恒定律 對微元體圖 ，應(yīng)用 Newton 第二定律在流體流動中的表述 ： [微元體中流體動量的增 加率 ] = [作用在微元體上的合力 ] 并引入 Newton 切應(yīng)力公式及 Stokes 的表達(dá)式，可得三個速度分量的動量方程： u – 動量方程： ? ? ? ? ? ? ? ?+2 yv uv v v w v pt x y z yu v v v wdiv U Fx y x y y z z y? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? () v – 動量方程： ? ? ? ? ? ? ? ?+2 yv uv v v w v pt x y z yu v v v wdiv U Fx y x y y z z y? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? () w – 動量方程： ? ? ? ? ? ? ? ?+2 zw uw v w w w pt x y z yu w w v wdiv U Fx z x z z y z y? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?????? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ??? ???? () 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué) 位論文 8 其中： η —— 流體的動力黏度； ? —— 為流體的第二分子黏度，對氣體可取 2/3? 。另外對于不同特點的流體，可以根據(jù)熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)（壓力、密度、溫度等）之間的關(guān)系，推出能反映這種關(guān)系的狀態(tài)方程，這種關(guān)系與相應(yīng)的單值條件構(gòu)成了求解未知量的封閉方程組。并且對于送粉器綜合化的研究，將更有利于實現(xiàn)激光熔覆加工成套設(shè)備的集成化和一體化。比如對于納米相粉這類超細(xì)粉末在輸送中容易發(fā)生團聚，目前的送粉器還沒有得到很好的解決。 目前送粉技術(shù)存在的問題 隨著激光技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)過多種嘗試 ，國內(nèi)外已經(jīng)研制出很多類型的送粉器。但同樣要求所送粉末干燥。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué) 位論文 5 （ 7）沸騰式送粉器：是基于氣固兩相流原理設(shè)計的。 （ 6）電磁振動送粉器：是基于機械力學(xué)和氣體動力學(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，微濕粉末會造成送粉的重復(fù)性差。 （ 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，因其流動性好能夠連續(xù)送粉，并且機構(gòu)簡單。粉末輸送率可以達(dá)到≤1g/min 。但在輸送顆粒較小的粉末時，容易團聚，流動性較差，送粉的連續(xù)性和均勻性差，容易造成出粉管口堵塞。但是對其他形狀的粉末輸送效果不好，工作時送粉率不可控，并且對粉末的干燥程度要求高，稍微潮濕的粉末，會使送粉的連續(xù)性和均勻性降低。由于是靠螺紋的間隙送粉，送粉量不能太小，所以很難實現(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。 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。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，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)。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)、精密機械傳動等硬軟件方面。 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，國家已組織實施了快速成型技術(shù)應(yīng)用研究和推廣服務(wù)工作。日本以東京大學(xué)為首的一批學(xué)術(shù)機構(gòu)及企業(yè)單位主要集中于 SLA 工藝（因為該工藝成型精度最高）、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。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)基金會的資助下研發(fā)并實現(xiàn)商品化 的。 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 。 Lin[ 7] 研究了雷諾數(shù)為 2021 時 , 同軸送粉噴嘴內(nèi)的氣粉兩相流動 , 計算和分析了粉末流濃度的分布規(guī)律 。同軸送粉噴嘴是實現(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。 附 錄 .............................................................................................................. 錯誤 !未定義書簽。 5 匯聚過程的計算結(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 .............................................................................................................. 錯誤 !未定義書簽。 設(shè)定邊界類型 ....................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 同軸送粉噴嘴建模 ................................................................ 錯誤 !