[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

说明书

本发明涉及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，其具体方法如下：(1)建立挡板伺服阀喷嘴物理模型；(2)挡板伺服阀喷嘴物理模型的网格划分；(3)固液两相磨粒流参数设置；(4)流场参数的设置；(5)大涡数值模拟结果和分析；本发明方法是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；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。

技术领域

本发明涉及一种固液两相磨粒流加工挡板伺服阀喷嘴大涡数值模拟，属于机械工程精密加工技术领域。

背景技术

随着时代的进步科学的发展，工业领域逐渐倾向于精密加工技术的发展，固液两相磨粒流加工技术是一种非常具有代表性的精密加工方法，通过磨粒与工件接触进行微摩擦到微切削的过程来达到工件内表面的光整度，从而提高工件的精度。

大涡数值模拟方法是描述紊流的一种模拟方法。大涡数值模拟研究是近几年快速发展起来应用于解决流体力学的方法，因其自身独特的计算方法、相比其他数值模拟的巨大计算量更有优势，并能够表达出很多非稳态现象。大涡模拟顾名思义是湍流状态下不同尺度的涡进行数值分析，理想上来讲，不同尺度下的涡既不产生能量也不消耗能量，而是起到传递能量的作用。

挡板式伺服阀(喷嘴内孔尺寸Φ0.08mm-Φ0.4mm)，其经与挡板组合构成可变节流孔，用于实现对阀芯位移的精确控制，进而完成对弹箭俯仰、偏航和滚动的控制，要求伺服阀喷嘴具有高精度和低表面粗糙度，若喷嘴内孔存有毛刺，将可能导致整个运载火箭发射系统或武器系统试验的失败；又如各类装备发动机喷油嘴微小孔(喷嘴小孔尺寸在Φ0.15mm以下)内表面加工质量不仅直接影响喷油的雾化特性和油线贯穿度，而且最终将影响装备的发动机动力性能；伺服阀喷嘴和发动机喷油嘴很难达到最为理想的加工精度和表面质量，严重影响其先进性能，限制了相关的高性能武器及装备的发展。挡板伺服阀在卫星、运载火箭、坦克、步兵战车、激光导弹及制导炮弹上广泛应用，通过固液两相磨粒流流加工技术可提高伺服阀和喷油嘴的光整加工精度并可大幅改善挡板伺服阀喷嘴的配对喷射性能，从而增加卫星和运载火箭的运行平稳概率，促进坦克和步兵战车的高效运行，提高激光制导导弹和制导炮弹的命中精度并能更好的对其飞行过程中姿态进行有效控制，加快国防工业和航空航天业的现代化进程，获得更高性能更高质量的武器装备和航天器。

发明内容

本发明的目的在于提供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，以便更好地用于机械工程领域的精密加工处理。

大涡数值模拟依赖于以下思想：大涡结构(又称拟序结构)受流场影响较大，小尺度涡则可以认为是各向同性的，因而可以将大涡计算与小涡计算分开处理，并用统一的模型计算小涡，并且在大多数工程应用中，边界条件比较大的那些多为小涡。有时在计算过程中也不会直接表示非常大的尺度，它们也必须通过建模计算，这种中尺度建模在气象和海洋学领域很受欢迎。作为模拟技术，大涡数值模拟包括在离散网格上解决流体力学控制方程组(通常为Navier-Stokes方程)使用有限数量的自由度，其基本思想是，网格节点的空间分布隐含地生成一个比例分割，因为不能捕获与网格间距相关联的典型尺度。数值方案用于离散连续运算符也是没有价值的，引起尺度依赖的误差，在分辨比较好的尺度和分辨率不佳的尺度之间引入了额外的刻度分隔。

因此，大涡数值模拟问题出现了几个尺度的子范围：

(1)表示分辨尺度，其尺寸足够大，可以用给定的数值方法在网格上准确地捕获；

(2)表示非分辨比例尺度，其尺度大于网格大小，但是存在误差，因为这些尺度是最小的尺度；

(3)未表示的刻度，即太小而不能在计算网格上表示的刻度。

大涡数值模拟控制方程是局域Navier-Stokes方程的，在大涡数值模拟中，试验保守方程，Navier-Stokes方程可以写成：