[发明专利]一种计算等离子喷涂液滴铺展过程流场的方法

说明书

本发明公开一种计算等离子喷涂液滴铺展过程流场的方法，通过模拟计算的方法研究了铺展过程中不同条件下液滴的温度和速度随时间变化的分布，得到了与计算凝固过程近似的环境条件，克服了实际试验过程中难以检测的不足，为反应等离子喷涂制备涂层的理论研究与实践结果相结合搭建桥梁。

技术领域

本发明涉及一种计算等离子喷涂液滴铺展过程流场的方法，特别涉及一种计算液滴铺展过程流场变化的模拟方法。

背景技术

等离子喷涂属于热喷涂成型工艺的一种，喷涂材料在等离子焰流中主要经历四个阶段：反应孕育、飞行燃烧、结构转变、碰撞到基体表面后铺展叠加形成涂层。因此，涂层的结构与撞击到基体表面后液滴铺展过程中温度及速度的变化密切相关。由于液滴形成涂层的过程复杂、时间较短，使得液滴铺展凝固过程的研究无法从实验和理论研究角度得到满足。目前，研究涂层的形成过程主要采用数值模拟方法，模拟方法包括光滑流体动力学方法、LS-DYNA有限元法(Aalami-AleaghaME,FeliS,EivaniAR.FEMsimulationofsplattingofa moltenmetaldropletinthermalspraycoating[J].ComputationalMaterialsScience,2010,48(1):65-70.)、建立求解数学模型法、有限体积法求解流体方程(BotCL,VincentS,MeillotE,etal.Numericalsimulationofseveralimpactingceramic dropletswithliquid/solidphasechange[J].Surface&CoatingsTechnology,2014,268(3):272-277.)等。尽管这些方法已经在热喷涂方式制备的涂层研究中取得一定的进展，但由于不同方法存在的不足之处，难以考虑到影响涂层形成过程中的每个变量，不能结合所有研究方案对比判断出哪个影响因素的重要性。由于等离子喷涂方式制备涂层过程中具备反应时间快、速度较大等特点，本发明借助FLUENT流体计算软件，主要研究不同碰撞速度及不同直径大小的液滴形成的流场对比。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于针对上述对涂层形成过程中影响因素的研究不充分的不足，提供了一种计算等离子喷涂液滴铺展过程流场的方法。通过模拟计算的方法研究了铺展过程中不同条件下液滴的铺展过程中速度随时间变化的分布，得到了与计算凝固过程近似的环境条件，克服了实际试验过程中难以检测的不足，为等离子喷涂制备涂层的理论研究与实践结果相结合搭建桥梁。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种计算等离子喷涂液滴铺展过程流场的方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：

步骤一，构建二维计算模型，进行网格划分。

步骤二，调用结构化网格，在FLUENT软件中General选项中进行基本问题的求解设置。

步骤三，选择计算模型，选用欧拉-欧拉方程对两相流模型进行数值计算。并设置粘性模型为层流。

步骤四，设置材料的物理特性。定义或选择计算区域涉及材料的物理参数。

步骤五，定义主相与次相，设置两相之间的表面张力等参数。

步骤六，给定边界条件。

步骤七，设置离散方法及离散格式。

步骤八，设置松弛因子参数。

步骤九，调整求解控制的相关参数，初始化流场后进行求解。