[发明专利]基于Flow-3D软件对微弧火花沉积中熔滴过渡实现数值模拟的方法

权利要求书

1.基于Flow-3D软件对微弧火花沉积中熔滴过渡实现数值模拟的方法，其特征在于：创建基体表面上沉积熔融金属滴的模型，模型由熔滴和基体组成，设置基体的长宽高分别为200μm、200μm、50μm，熔滴距离基体表面的距离为100μm，利用六面体网格技术进行网格划分，对于单个微弧火花熔滴过渡过程中，每个单元格的大小为2μm×2μm×2μm；

结合不可压缩流体的动量守恒方程、质量守恒方程和能量守恒方程作为控制方程来描述液体的运动，基于有限差分法的控制方程，通过流体体积函数方法求解微弧火花沉积熔滴过渡铺展过程中的传热流动。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：模型中电极的尖端距离基体一定的距离，熔滴具有向下和向右的初始速度。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：采用的是笛卡尔坐标系，当网格单元充满液体时，F＝1；当网格单元中为空时，F＝0；当网格单元有部分液体时0F1；VOF函数中的F满足以下方程I：

式中：u，v和w分别表示x，y和z方向的速度矢量；Ax，Ay，Az分别表示x，y和z各自方向上流体开放的面积。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：质量连续性方程满足以下方程II：

式中，ρ是微滴的密度。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：动量守恒方程在三个坐标方向上的流体速度分量(u，v，w)的运动方程是Navier-Stokes方程III:

式中τ是粘性应力，(wsx,wsy,wsz)项表示壁剪应力。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：流体内部能量守恒方程IV可以表示为：

其中I是宏观混合物的内部能量；假设能量I是温度的线性函数V：

I＝C_VT+(1-f_s)C_LHT (V)

C_V是恒定流量的流体的比热，f_S是固体分数，C_LHT是潜热，T为温度；T_DIF用于表示热传导扩散项，由下式给出：

式中:k是指导热系数；

微滴与基体之间的传热过程中动态结构温度的方程VII是：

式中，T_w是指基体温度,ρ_w,C_w和k_w分别是基体密度、比热容和热导率；M_w结构的质量。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：基体熔滴的计算区域的边界条件设置：在设置整个计算域的边界条件时，将上表面设置为压力边界条件，四周表面设置为outflow边界条件，下表面设置为wall边界条件，除了液滴以外，所有在基体上方的区域都用空隙初始化，空隙区域的速度和压力均为零。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：先对熔滴过渡速度进行较大范围的模拟，速度为1m/s、40m/s和120m/s不同过渡速度时熔滴在基体表面的铺展情况；将模拟与实验结果对比，从而推导出微弧火花沉积中熔滴的过渡速度范围。