【摘 要】
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随着高尖端装备的微型化、精密化发展,具有微小复杂孔腔特征的功能零部件日益增加,其内表面质量要求也越来越严苛,亟需发展复杂微孔高效精密表面处理技术。本文提出了一种新型的容积交变空化方法,以3D打印的复杂微孔腔为研究对象,借助空化效应产生的瞬态高温高压和微射流等极端物理特征对微孔腔进行内表面处理工艺及机理研究。本文的主要研究结果如下:（1）提出了新型的活塞式容积交变空化发生方法,在分析空化泡溃灭机理的
【基金项目】
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军工项目“容积交变空泡溃灭冲击波协同磨粒的微小复杂孔腔精密抛光关键技术研发”；
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随着高尖端装备的微型化、精密化发展,具有微小复杂孔腔特征的功能零部件日益增加,其内表面质量要求也越来越严苛,亟需发展复杂微孔高效精密表面处理技术。本文提出了一种新型的容积交变空化方法,以3D打印的复杂微孔腔为研究对象,借助空化效应产生的瞬态高温高压和微射流等极端物理特征对微孔腔进行内表面处理工艺及机理研究。本文的主要研究结果如下:（1）提出了新型的活塞式容积交变空化发生方法,在分析空化泡溃灭机理的基础上,针对新的容积交变空化方法,研究了容积交变空化工艺参数间的相互关系,获得了容积交变空化的活塞运动机理、容积变化机理和空化云做功机理。（2）设计并自制了容积交变空化实验装置,进行了容积交变空化的可行性分析。结合空化流可视化技术和高速摄像机阴影成像法对容积交变空化生成位置进行了研究,发现在重力、液体粘度及容积变化诱发的低压等综合作用下,空泡优先生成于容器底部及液面附近,随后在气液密度及流体速度的影响下,空泡上浮至容器内部各处;捕捉到空泡的初生、发展和溃灭的整个演变过程;结合数值分析和实验,验证了空化的生成机理。（3）对复杂微孔腔的容积交变空化进行了数值模拟,采用双“O”型剖分及调参方法,实现了高质量的网格划分和计算的准确性;为了适应容积交变空化,优先适用于气液相互融合且离散相广泛分布在液相各处的Mixture多相流模型、计算精度和运算速度高的Zwart-Gerber-Belamri空化模型和收敛速度快的k-epsilon湍流模型;针对容积交变空化的特殊边界,建立了 In-Cylinder的动网格模型,再通过配合layering设置保证了网格变动过程中的网格质量。作为参数变量,研究了不同频率及行程参数下的气相体积分数云图,速度矢量图,重点进行了复杂微孔腔内的数值分析。（4）以3D打印的复杂微孔腔为实验对象,进行了空化内表面处理的实验研究及表征分析。基于3D打印技术的成型机理分析了 3D打印的微孔腔表面粗糙度的成因;以SEM扫描电镜观测复杂微孔腔在容积交变空化效应下逐渐趋于平整的形貌过程;针对3D打印材料的复杂微孔腔的粗糙度状况,选用了垂直于3D打印纹理方向测量的粗糙度分析方法;以控制变量法对不同工艺参数（行程、频率及时间）下的粗糙度进行了分析对比。结果表明行程,频率及时间的增加对复杂微孔腔的内表面粗糙度都有着积极的影响。
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