韦伯数对紧耦合雾化喷嘴初始破碎模式的影响

为了获得韦伯数对紧耦合雾化喷嘴初始破碎模式的影响规律,利用流体体积函数(volume of fluid,VOF)模型对以水和空气为工质的典型紧耦合环缝型雾化喷嘴的初始破碎过程进行数值模拟,并利用高速摄影技术对数值模拟结果进行实验验证。重点分析韦伯数对紧耦合雾化初始破碎模式、初始破碎长度的影响,以及不同初始破碎模式的内在形成机制和特点。在液体雷诺数为4500,气体动力韦伯数为70到18650时,随韦伯数的增加,紧耦合雾化初始破碎模式由韦伯数为70的膜状破碎模式向韦伯数为330的振荡卷吸破碎模式转变,当韦伯数大于1700时,紧耦合雾化的初始破碎模式转变为完全卷吸破碎模式,其中振荡卷吸破碎模式和典型金属雾化过程中的喷泉状破碎模式类似。初始破碎长度随韦伯数的增加逐渐减小,在韦伯数大于4560后,基本维持恒定。喷嘴导液管底端存在的卷吸涡状结构会对初始破碎模式产生重要影响,涡状结构在完全卷吸破碎模式时最明显。

紧耦合气雾化制备Al基合金非晶粉末的研究

研究了紧耦合气雾化制粉过程中AlNiY合金熔滴的冷却行为以及非晶颗粒的形成机制。结果表明:(1)AlNiY合金非晶化的临界冷却速率大致为103K/s;(2)熔滴的冷却速率与直径成反比,当直径小于25μm时,熔滴达到临界冷却速率实现非晶化。当直径大于25μm时,熔滴无法获得非晶化临界冷却速率,只能发生形核结晶;(3)熔滴的非晶化还与雾化过程相关,由于熔滴破碎时的位置和温度不同,获得的冷却速率将不同,出现了相同直径(小于25μm)的颗粒存在非晶和结晶两种状态。

紧耦合气雾化制粉中熔体过热度对雾化模式和粉末粒度的影响

采用紧耦合气雾化制粉设备,研究了熔体过热度对紧耦合气雾化模式和粉末粒度的影响。实验中,保持其他气雾化工艺参数不变,熔体(金属铜)过热度分别设定为150,200,250和300 K,得到相应的粉末平均粒度分别为34.88,32.33,30.87和19.74μm。对雾化过程的理论分析结果表明:当熔体过热度从250 K提高到300 K时,液滴的破碎模式发生了改变,即由袋式转变为延展式,粉末粒度显著下降。但是,过热度的变化对雾化粉末粒度的正态分布规律没有明显影响;通过优化工艺参数,有潜力获取粒度更细、分布更均匀的粉末。

真空感应气体雾化技术中紧耦合环缝喷嘴雾化过程的仿真

采用流体体积方法耦合雷诺应力模型与离散相模型结合泰勒类比不稳定性破碎模型,利用计算流体力学软件Fluent19.2,对紧耦合环缝喷嘴初次雾化与二次雾化进行全流程仿真,并进行了试验验证。结果表明:初次雾化过程使导流管底部形成环形液膜结构,液膜前端的初次雾化主要是气体射流自由边界湍流剪切的结果,并且初次雾化形成的液滴直径满足正态分布;随着分散的液滴群外侧接触气体射流,从液滴群的外侧开始向心部发生二次雾化过程,但是未接触气体射流的液滴仍保持较高的过热度。仿真得到紧耦合环缝喷嘴二次雾化后粉末的直径与试验结果吻合较好,相对误差小于5%,验证了仿真的准确性。

西马克增材制造技术研究

西马克集团增材制造研发中心,将增材制造产业的整个价值链作为研究方向,其研发制造的雾化粉末设备,可以生产高品质的金属粉末,具有成本低、效率高的优势。该设备集成了卫星粉防控技术,极大地降低了不合格粉末颗粒的含量,同时,通过对雾化过程进行CFD计算流体动力学仿真(以下简称"CFD仿真"),优化了紧耦合喷嘴的设计,提高了金属粉末的性能和收得率。