等离子喷涂射流的三维非稳态数值模拟

基于局域热力学平衡假设,建立等离子喷涂射流的三维非稳态湍流模型,运用计算流体力学软件ANSYS CFX模拟了氩/氢等离子喷涂过程中等离子特性分布以及喷枪内部场变化对射流形态的影响,并与高速摄像机的拍摄结果进行了对比。结果表明:模拟得到的射流波动明显,其形态与试验得到的结果吻合较好;喷枪内与射流域等离子体特性分布表现出明显的三维特征,其中速度分布的三维特征较之温度的更加明显;射流射入大气中后,温度和速度均沿轴向衰减,随着射流发展,与冷空气的卷吸作用愈明显,等离子体与冷空气之间能量和动量交换愈剧烈,大约距离喷枪出口27.4mm处其温度和速度的衰减加剧;射流域速度分布较之温度分布受空气影响更大。

等离子喷枪的注气方式对电弧不稳定性的影响

基于局域热力学平衡假设,建立三维非稳态的磁流体动力学模型,在给定气流量和工作电流的条件下,采用数值模拟方法研究不同注气方式对直流非转移弧等离子喷枪内Ar-H2等离子电弧的波动行为和等离子特性的影响。结果表明,与直流进气相比较,采用旋转方式进气时,喷枪内等离子体流的流线呈现出明显的螺旋状分布,电弧波动信号呈现出更高的平均电压和较高波动频率,电弧附着随时间变化呈现出圆周运动现象;喷枪内等离子体的最大温度出现在阴极尖端附近,采用旋转方式注气时等离子平均最大温度较低,而等离子体的速度沿中心轴方向呈现出先增加后减小的趋势。喷枪出口处等离子体的温度与速度同样显示出波动分布,两种进气方式得到的温度分布基本相似,采用旋转方式注气时等离子平均最大速度分布相对较高。

等离子喷涂涂层微观结构的蒙特卡罗模拟

基于对等离子喷涂涂层电子扫描微观结构的分析制定一组层片形成及交互作用和孔隙形成的基本法则,利用蒙特卡罗方法建立等离子喷涂涂层形成的数值模型,预测涂层的微观结构及其孔隙率和表面粗糙度特征,并探讨粉末粒径与速度、喷枪移动速度和喷涂距离对其的影响。模拟结果表明,模型预测的涂层微观结构内的孔隙分布不均,这与实验结果符合;涂层的孔隙率和粗糙度均随着熔滴撞击速度和直径的增大而减小,但当撞击速度超过160 m/s时,两者的影响均减小;喷涂过程中改变喷枪的扫描速度,涂层孔隙率和粗糙度并无明显的变化;喷涂距离的增大将使得涂层的孔隙率和粗糙度减小。

等离子喷涂热障涂层中应力分布的有限元模拟

采用热弹性有限元方法研究了热载荷条件下由数值模拟方法生成的热障涂层冷却至室温后的应力分布,分析了热生长氧化物(TGO)层及其厚度对热障涂层应力分布的影响,并与文献的试验结果进行了对比。结果表明:不含TGO层的热障涂层,陶瓷层和粘结层的凸起处为拉应力,凹陷处为压应力;TGO层形成后,陶瓷层凸起处表现为压应力,凹陷处表现为拉应力;界面附近的陶瓷层在TGO层达到一定厚度时出现应力反转现象,且该现象的出现随着界面粗糙度的增大而延迟;模拟预测的应力与文献报道的结果相近,证明了模拟结果的正确性。