基于CEL不同角度超声空化微射流冲击的仿真分析

为探究超声珩磨中不同角度空化微射流冲击下壁面特性的变化,应用耦合欧拉-拉格朗日(CEL)方法建立了超声空化微射流冲击壁面模型,并进行了数值仿真。结果表明:壁面在微射流冲击下出现微型凹坑,最大坑深可达0.11μm;微射流背侧的侧向射流速度较前侧低,且微射流背侧压强、凹坑深度、等效应变均大于前侧;随冲击角度的增大,壁面压强、凹坑深度及等效应变均先略有增大随后减小,特别是冲击角度为15°的微射流冲击效应最强。大量微射流冲击壁面,有利于超声珩磨中材料的去除。

基于SPH-FEM的超声珩磨空化微射流冲击研究

为探究超声珩磨中空化微射流对壁面的冲击作用,考虑壁面弹塑性变形、超声场及珩磨压场,采用SPHFEM耦合方法建立了空化微射流冲击模型并进行了数值仿真分析,随后进行了试验验证,结果表明:微射流冲击过程中形成的侧向射流速度高于微射流冲击速度,最高可达冲击速度的1.6倍,冲击中后期微射流中部粒子反向运动向上凸起;壁面出现直径约8μm、深约0.173μm的微型凹坑,且其边缘处有材料塑性隆起,试验中材料表面出现微型凹坑群;冲击区域内由内而外等效应力先升高后降低,射流边缘附近冲击效应最强。从材料去除角度来看,大量微射流冲击对超声珩磨加工起到积极作用。

近壁声空泡溃灭微射流冲击流固耦合模型及蚀坑反演分析

超声场下液体环境中近壁空泡溃灭会产生强烈的微射流,为探究微射流冲击壁面流固耦合效应,利用流体力学及冲击动力学,考虑了率相关的J-C材料本构模型,建立并分析了微射流冲击壁面流固耦合三维模型,并通过超声空化试验和基于球形压痕试验理论的反演分析进行了验证。结果表明:微射流冲击下材料表面出现微型凹坑,凹坑深度由微射流速度和微射流直径共同决定且随其增大而增大,凹坑直径主要与微射流直径正相关,而凹坑径深比则主要与微射流速度负相关;壁面压强基本呈对称分布且最大压强出现在微射流冲击边缘;超声空化试验验证了微射流冲击下材料表面出现的微型凹坑,反演分析方法表明,在16~18的径深比下,微射流冲击强度为420~500MPa,对应的微射流速度为310~370m/s。试验及反演分析结果与理论分析结果相符,验证了流固耦合模型及反演分析方法的合理性及准确性,为后续工程应用中空化强度、微射流速度等的控制提供了理论参考。

微通道狭缝冲击射流热沉换热及热应力模拟

为研究纳米流体种类及浓度、热沉材料、狭缝长宽比对热沉换热性能及热应力的影响,建立了微通道狭缝冲击射流热沉三维模型。利用数值模拟得到纳米流体在通道形状为圆形和矩形热沉中的压降、热阻、泵功及壁面与流体之间的温差大小,同时也得到不同材料的热沉由于温度分布不均匀而引起的形变量的大小,研究结果表明:通道形状为圆形的热沉在导致泵功及压降增加的同时,使得热阻和壁面与流体之间的温差减小;高体积分数的纳米流体增加了压降,但使得热沉热阻降低;材料热导率越大,换热综合性能越好;由温度分布不均导致的热应力变形大小次序为铝>铜>铁>硅;狭缝长宽比越大,热阻越低,随着泵功的增加,狭缝长宽比不同的4种热沉之间热阻差值越小。

超声空化微射流建模与仿真

为探求功率超声珩磨中空化作用产生的微射流对壁面的冲击作用,考虑液体压缩性,基于连续方程及动量方程,建立了壁面峰值压力及滞止压力公式。应用耦合欧拉拉格朗日(CEL)方法建立了微射流冲击壁面的有限元模型,并对壁面压力、壁面变形等进行了数值研究。结果表明:壁面的峰值压力、最大变形深度及最大等效应变均出现在射流冲击的边缘;铝板在微射流冲击后出现深约0.11μm的凹坑,并在凹坑边缘有材料隆起;壁面塑性变形主要发生在冲击前期,等效应变呈环形分布。空化微射流的冲击有利于材料的去除。

冲击诱导金属铝表面微射流现象的微观模拟

采用嵌入原子势分子动力学模拟方法,研究了金属铝表面沟槽在冲击下形成微射流的微观过程和动力学性质.通过对模拟结果的统计分析,获得了较宽冲击压力范围内微射流形态的变化规律,以及相应的质量-空间分布和质量-速度分布变化.基于原子中心对称参数,分析了样品近表面非晶态转变和卸载熔化过程,获得了卸载熔化对微射流质量及其分布的影响规律.研究还发现:样品熔化之前,微射流质量与波后粒子速度呈线性增加关系;卸载熔化出现后,微射流质量开始迅速增加;当卸载熔化速度足够快时,金属强度效应可忽略,此时微射流质量与波后粒子速度再次表现出线性增加关系.