广义热弹性扩散下非等径颗粒的烧结驱动力分析

在广义热弹性扩散理论框架下建立非等径两颗粒系统三维有限元模型,研究颗粒系统温度场和浓度场的分布规律,分析场分布对脉冲电流烧结初期迁移驱动力的影响。结果表明,颗粒颈部空位浓度梯度、温度梯度、由温度场和应力场产生的浓度梯度是颗粒颈部物质迁移的共同驱动力。烧结颈部的温度会产生两次突变,烧结过程中小颗粒一直保持高温状态;温度变化会引起浓度改变,使得颈部浓度高于边缘浓度;热扩散占总扩散通量的2/3,浓度扩散占1/3,因此烧结颈部的热扩散驱动力和浓度扩散驱动力是脉冲电流烧结过程的主导驱动力,提高热扩散能力和浓度扩散通量可显著提高烧结过程驱动力。非等径颗粒的烧结驱动力远远大于等径颗粒,为非等径颗粒的烧结比等径颗粒更为迅速提供了理论依据。

基于斐波那契数积分计算非等径颗粒视角系数

热辐射是颗粒间热量传递的基本方式之一,视角系数计算的效率和精度是颗粒热辐射数值模拟中的主要难点。本文采用斐波那契数列对非等径颗粒表面进行离散,在此基础上计算视角系数,并且对z方向的积分使用非均匀变换以提高计算精度。结果表明,在具有不同球体数的粉末床中,用该方法计算的视角系数的相对误差为5%,与传统的蒙特卡洛方法相比,计算效率提升约30%。

基于三维离散法翻转混合设备颗粒的运动行为模拟研究

为了研究非等径颗粒翻转运动行为及其对混合效果的影响,基于离散单元法理论,以翻转混合设备为模型,运用EDEM离散元软件和MATLAB数据处理技术,模拟了回转设备的5种不同转速,并以颗粒混合数据拟合数学模型,在虚拟试验下预测出最佳的转速。结果表明:运用虚拟试验不仅能定量研究出颗粒翻转运动呈现空间曲线分布的特点,而且通过离散方法便于研究回转设备的混合度。对比5种转速,在10r/min的情况下,非等径颗粒的混合度为62.27%,接近其最佳混合度56.426%,混合误差为5.846%。

热扩散对脉冲电流烧结初期驱动力的影响

基于温度梯度引起的热扩散通量是烧结颈部物质迁移的额外驱动力,建立了氧化铝颗粒非等径两颗粒模型,引入将热传播速度定义为有限值的广义热弹性理论,研究了脉冲电流烧结初期热扩散对烧结驱动力的影响。数值计算表明,脉冲电流烧结过程的热扩散通量远大于颈部曲率驱动的空位扩散通量,说明在烧结初期热扩散提供的驱动力占主要地位。小颗粒越小,热扩散与空位扩散通量的比值越大,越容易烧结。