激光再制造中气粉两相流流场的数值模拟与检测

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由于对资源节约以及环境保护的需要,再制造工程作为一门新的工程学科而受到广泛的研究和工业应用。再制造工程以节能、节材、环保、高效为目标,解决不同部件寿命不一和产品改造维修等问题,成为可持续发展的重要技术支撑。   激光再制造过程包括很多复杂的相互作用过程。目前对这些过程的研究还不完善,某些机理还不十分清楚。其中包括粉末粒子之间、粉末粒子与激光、粉末粒子与载流气体、粉末粒子与基材、基材与激光等相互作用过程,任何两种质之间都存在相互作用,并且某一个过程还会和其它过程产生联系。要想详细的了解这些过程的机理,很有必要从理论建模角度和实验检测角度对其展开研究。   本文主要研究激光再制造过程中,金属粉末和载流气体所组成的气粉两相流的运动机理描述以及对该运动行为的检测。首先介绍激光再制造技术产生的背景、流场模拟与检测的现状,并且介绍了流场模拟所应用到的FLUENT商用软件的功能和特点。   在初步研究过程中,先以单个粉末粒子为研究对象建立离散粒子模型对两相流进行直接模拟,并在运动模型的基础上建立浓度模型和粉末利用率模型,最终获得粉术粒子的速度、温度和浓度的分布情况和粉末利用率的变化情况。   在模型的进一步研究中,对气粉两相流建立连续介质模型并且考虑了更一般的条件,并且在计算机数值模拟中获得在不同的工艺参数下粉嘴下方的该气粉两相流的速度场、浓度场分布。   针对激光再制造过程中金属粉末—载流气体气粉两相流的运动特点提出改进的图像处理算法,大大提高了计算效率。介绍了实验仪器的安装及速度、浓度的检测原理,以及流场流线族和等速线族的显示原理。   基于DELPHI7.0软件开发平台,开发出了气粉两相流流场实时检测软件,其中包括图像提取软件、相关区域显示软件、流场分析软件以及速度、浓度分布文本输出软件;并且对比了实验结果与模拟结果,说明了两者的吻合性。   最后,对以上工作进行了全面地总结,指出所引出的后续工作以及有待于完善的方面,并且对此项研究的应用前景提出大胆的设想。
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