[发明专利]一种基于Fluent的等离子喷涂层片形成过程仿真方法及系统

权利要求书

1.一种基于Fluent的等离子喷涂层片形成过程仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采用COMSOL软件构建粗糙表面基底，并建立熔滴撞击基底的三维模型；

S2、采用GAMBIT软件进行三维网格划分；

S3、将步骤S2中绘制完成的网格导入Fluent中，检查网格，在Fluent软件的General选项中进行基本问题的求解设置；

S4、在Fluent软件中选择所需的物理模型，打开能量方程，添加凝固或熔化、VOF多相流模块进行数值计算，设置粘性模型为层流；

S5、设置计算区域涉及气相和颗粒材料的热物性参数；定义主相与次相，设置两相之间的参数；

S6、设置计算域条件，并设置模型边界条件；然后，设置求解法，确定求解精度；

S7、进行全局初始化，然后用Fluent的Region Adaption标记熔滴所在的区域，对熔滴进行局部初始化；

S8、设定时间步长和总时间，然后开始计算；

S9、计算完成后，采用Fluent的后处理模块进行数据分析和结果可视化输出，获得熔滴撞击基底的变形过程中的凝固过程、压力变化、温度场以及速度场。

2.根据权利要求1所述的一种基于Fluent的等离子喷涂层片形成过程仿真方法，其特征在于，所述步骤S1中，根据喷砂后的实际基底表面选择合适的粗糙度模型，所述粗糙度模型包括正弦模型、三角波模型、高斯分布模型以及分形几何模型。

3.根据权利要求1所述的一种基于Fluent的等离子喷涂层片形成过程仿真方法，其特征在于，所述步骤S2中，采用结构网格，网格单元大小范围为0.5-1.5μm；对模型进行边界条件命名，流体域壁面为open，基体面为sub-wall，耦合壁面为inw和inw-shadow。

4.根据权利要求1所述的一种基于Fluent的等离子喷涂层片形成过程仿真方法，其特征在于，所述步骤S3中，设置求解器为三维双精度求解器，采用并行计算，调用已划分好的结构网格，选择计算为瞬态计算。

5.根据权利要求1所述的一种基于Fluent的等离子喷涂层片形成过程仿真方法，其特征在于，所述步骤S4中，选择计算模型为VOF多相流模型，以追踪熔滴铺展过程中的各流体表面；利用焓-多孔介质理论法来模拟传热过程熔滴的凝固。

6.根据权利要求1所述的一种基于Fluent的等离子喷涂层片形成过程仿真方法，其特征在于，所述步骤S6中，设置熔滴和空气为流体域，基底为固体域；流体域和固体域中间采用耦合壁面连接，流体域壁面设置为压力出口；设置压力出口的温度与基底温度相同，压力为一个大气压；设置基底的五个面为固定温度壁面，温度为实际实验的预热温度。

7.根据权利要求1所述的一种基于Fluent的等离子喷涂层片形成过程仿真方法，其特征在于，所述步骤S6中，采用PISO算法进行压力-速度耦合，梯度选项采用Green-GaussNode Based法，压力修正方程采用Body Force Weighted模式，采用Geo-Reconstruct 来处理体积分数，其余各项采用二阶迎风Second Order Upwind离散格式。

8.根据权利要求1所述的一种基于Fluent的等离子喷涂层片形成过程仿真方法，其特征在于，所述步骤S7中，对熔滴进行局部初始化包括设置熔滴的初始速度、初始温度和体积分数。

9.一种基于Fluent的等离子喷涂层片形成过程仿真系统，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储于存储器上并能够被处理器运行的计算机程序指令，当处理器运行该计算机程序指令时，能够实现如权利要求1-8所述的方法步骤。