[发明专利]激光增材再制造同轴送粉喷嘴粉流流场的数值模拟方法

权利要求书

1.一种激光增材再制造同轴送粉喷嘴粉流流场的数值模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、通过试验获取同轴送粉喷嘴粉末颗粒的物性参数，通过测量获取同轴送粉喷嘴的材料参数及结构参数；

试验获取的同轴送粉喷嘴粉末颗粒的物性参数包括:粉末颗粒的粒度分布、粉末颗粒的形状、粉末颗粒的密度、粉末颗粒的休止角以及粉末颗粒在同轴送粉喷嘴壁面的滑动角；

所述测量获取的同轴送粉喷嘴的材料参数包括：喷嘴材料的密度、泊松比和剪切模量；

所述测量获取的同轴送粉喷嘴的结构参数包括：粉末入口直径、粉末入口数量、粉末入口角度、喷嘴环型通道内壁直径和外壁直径、喷嘴的漏斗状渐缩环型通道内外壁与水平面的夹角、喷嘴粉末流的环型出口宽度以及圆柱形计算域的直径和高度；

步骤2、根据所述粉末颗粒的物性参数，在离散元软件中建立同等物性参数下的仿真实验，并将仿真结果与步骤1中的试验结果进行比对，标定仿真实验参数并优化；

步骤3、利用优化后的仿真实验参数建立离散相粉末颗粒模型；

步骤4、根据同轴送粉喷嘴的结构参数，建立1:1比例大小的同轴送粉喷嘴三维计算模型，并导入到所建立的离散相粉末颗粒模型中，得到同轴送粉喷嘴粉末颗粒运动的离散元仿真模型；

步骤5、利用计算流体力学方法，将所述同轴送粉喷嘴三维计算模型导入至计算流体力学软件，建立同轴送粉喷嘴的气-粉两相流模型，进而建立离散元与计算流体力学之间的耦合联系，对同轴送粉喷嘴粉流流场进行数值模拟，得到同轴送粉喷嘴的气-粉流场分布情况；

步骤6、在送粉工艺参数和同轴送粉喷嘴结构、材料参数与仿真一致的基础上，进行同轴送粉实验研究，对比仿真结果与实验结果的粉末流场指标，验证仿真结果的准确性。

2.根据权利要求1所述的激光增材再制造同轴送粉喷嘴粉流流场的数值模拟方法，其特征在于：步骤2所述仿真实验参数包括：粉末颗粒和同轴送粉喷嘴材料的剪切模量、泊松比、密度，粉末颗粒与粉末颗粒之间的弹性恢复系数、静摩擦系数、滚动摩擦系数，粉末颗粒与同轴送粉喷嘴壁面之间的弹性恢复系数、静摩擦系数、滚动摩擦系数。

3.根据权利要求1所述的激光增材再制造同轴送粉喷嘴粉流流场的数值模拟方法，其特征在于：步骤5所述建立同轴送粉喷嘴气-粉两相流模型的具体方法为：

利用计算流体力学方法设置流体性质以及湍流类型，施加粉流入口速度边界条件，粉流出口压力边界条件，保证粉末颗粒与气流均匀混合并以相同速度射入喷嘴型腔，利用计算流体力学方法计算粉末颗粒在流体中受到的曳力，并将曳力作用于粉末颗粒，结合离散元方法更新下一时步粉末颗粒的位置和速度信息；

所述同轴送粉喷嘴的气-粉流场分布包括：同轴送粉喷嘴气流场分布、粉末浓度分布和粉末流空间位置分布。

4.根据权利要求1所述的激光增材再制造同轴送粉喷嘴粉流流场的数值模拟方法，其特征在于：步骤6所述粉末流场指标包括：粉流上焦距、粉流下焦距、粉流焦柱长和焦柱直径。