[发明专利]一种固液两相磨粒流加工挡板伺服阀喷嘴大涡数值模拟方法

权利要求书

1.一种固液两相磨粒流加工挡板伺服阀喷嘴大涡数值模拟方法，其特征在于：具体步骤如下：

(1)建立物理模型：根据挡板伺服阀喷嘴工件实际尺寸建立模型，从入口到出口1的长度为4mm，入口直径为Φ1mm，出口直径1为Φ0.1mm，从侧孔出口2外端到侧孔出口3外端长度为2mm，侧孔出口2和侧孔出口3的直径都是Φ0.5mm；除入口和出口外，工件流道内表面为壁面；

(2)物理模型的网格划分：采用拓扑块结构进行六面体对挡板伺服阀喷嘴进行网格划分，网格质量大于0.5；

(3)固液两相磨粒流参数设置：固相选用三氧化二铝，液相选用航空煤油和三乙醇胺，求解过程三乙醇胺和航空煤油假设为连续流体介质；

(4)流场参数的设置：在进行磨粒流加工挡板伺服阀喷嘴大涡数值模拟前，需进行相关的流场参数设置，参数设置与实际加工条件相结合；

(a)模型选择：

假定固液两相磨粒流加工过程为为湍流过程，选用大涡模拟模型、固液两相流混合模型；

(b)入口边界条件：

选择速度入口边界条件，取消壁面滑移设置，激活能量模型；

(c)出口边界条件：

由于在固液两相磨粒流实际加工过程中，无法对出口的压强以及速度进行准确预估，所以设置出口边界条件为自由出口，使得大涡数值模拟切合实际；

(5)大涡数值模拟结果和分析：应用大涡数值模拟方法，通过固液两相磨粒流流动特性探讨漩涡形成对固液两相磨粒流加工质量的影响，分析固液两相磨粒流加工喷嘴挡板伺服阀喷嘴的作用规律，分析大涡数值模拟固液两相磨粒流加工微切削机理；

应用大涡数值模拟方法对固液两相流加工挡板伺服阀喷嘴进行数值模拟分析，以挡板伺服阀喷嘴小孔和侧孔为研究对象，分析磨粒流的运动规律；并且以小孔为出口时，分析小孔截面漩涡形成机制，侧孔为出口时，分析侧孔截面漩涡形成机制；通过对挡板伺服阀喷嘴固液磨粒流加工的分析，获得固液两相磨粒流加工挡板伺服阀喷嘴工件的内表面质量作用规律和微切削机理；

(6)固液两相磨粒流中的三氧化二铝磨粒与壁面的相互撞击会形成涡流扩散，涡流会带动流体质点随机运动，随机运动会导致动量传递，由于随机运动造成的涡团，涡团内部之间会产生粘度；在磨粒流开始进入挡板伺服阀喷嘴内部时，湍流粘度达到最低值，是因为磨粒流刚开始运动还没有形成涡团，所以粘度值低；随着磨粒流从入口向小孔出口1的运动，湍流粘度以抛物线的趋势在挡板伺服阀喷嘴型腔内增大；挡板伺服阀喷嘴壁面处的粘度总要大于挡板伺服阀喷嘴型腔中心线处1处的粘度，磨粒流在从入口向小孔出口1进行无规则运动时，三氧化二铝磨粒对壁面的撞击形成微切削过程，对壁面以及小孔出口1区域进行微切削作用；

(7)固液两相磨粒流在挡板伺服阀喷嘴内部形成漩涡一直延续到侧孔出口2和侧孔出口3，以旋转的方式从出口流出；挡板伺服阀喷嘴的中心线2处形成的漩涡最多；随着漩涡运动到侧孔出口2和侧孔出口3，磨粒流经过壁面的撞击形成回流，回流会形成漩涡，挡板伺服阀喷嘴的入口处至侧孔出口2和侧孔出口3的磨粒运动都是通过漩涡进行微切削加工作用；漩涡具有引力将外围的磨粒流卷入漩涡并随漩涡一起运动，形成的漩涡有利于固液两相磨粒流对壁面毛刺的去除，提高磨粒流对壁面的加工质量；

(8)由于三氧化二铝磨粒之间相互碰撞以及液相流体的流动，使得固液两相磨粒流轨迹在运动时出现漩涡状态，随着固液两相磨粒流的运动，固液两相磨粒流轨迹的漩涡也随之改变，固液两相磨粒流会形成新的漩涡；加工速度对漩涡的形成有影响，漩涡的形成有利于三氧化二铝磨粒对壁面均匀碰撞，有利于固液两相磨粒流的光整加工作用；

(9)Pr数对磨粒流加工的影响：Pr数为普朗特数，与温度有关；磨粒流在挡板伺服阀喷嘴入口处的Pr数值大，随着磨粒流运动的进行，Pr数值减小，Pr数值在大孔区域变化不稳定，但整体趋势呈逐渐减小；Pr数值在磨粒流接近小孔区域的入口处达到最小，随着磨粒流进入小孔后，Pr数值又逐渐开始变大；温度越高，Pr数值越小，磨粒在挡板伺服阀喷嘴内部进行加工时，温度不断变大，热量交换与动量交换过程使得磨粒流对喷嘴壁面加工变好。