[发明专利]基于离散相模型的软性磨粒流超精密加工两相流监测方法

摘要

一种基于离散相模型的软性磨粒流超精密加工两相流监测方法，包括以下步骤：1)建立面向软性磨粒流精密加工的两相流离散相模型：软性磨粒流工作流道由待加工结构化表面和约束模块组成U型截面的直道，采用非结构化的六面体网格进行网格划分；离散相颗粒的运动轨迹通过积分Lagrangian坐标系下颗粒作用力的微分方程来求解，2)颗粒压力反映由于颗粒间的碰撞作用而额外施加在流道壁面的压力，通过提取颗粒压力与颗粒速度，得到流道方向上软性磨粒流线蚀刻率变化情况。本发明能有效监测整个流场环境内的磨削质量、简化计算。

主权项

一种基于离散相模型的软性磨粒流超精密加工两相流监测方法，其特征在于：所述监测方法包括以下步骤：1)、建立面向软性磨粒流精密加工的两相流离散相模型：软性磨粒流工作流道由待加工结构化表面和约束模块组成U型截面的直道，采用非结构化的六面体网格进行网格划分；离散相颗粒的运动轨迹通过积分Lagrangian坐标系下颗粒作用力的微分方程来求解，固体颗粒在固液流场中运动时受到重力、绕流阻力、附加质量力、流场的压力梯度引发的附加力、Basset力、Saffman升力和Magnus升力，表示为： m p d u p dt = π d p 3 ρ p 6 [ g x ( ρ p - ρ ) ρ p + F D + F V + F P + F x ] - - - ( 1 ) 其中 F D = 18 μ ρ p d p 2 C D Re p 24 ( u - u p ) - - - ( 2 ) F V = 1 2 ρ 1 ρ p d dt ( u 1 : u p ) - - - ( 3 ) F P = 1 2 u p ∂ u ∂ x - - - ( 4 ) 式中mp、up、dp、ρp分别为颗粒质量、速度、密度，gx为x方向的重力加速度；FD、FV、FP为别为单位质量颗粒受到的液体绕流阻力、附加质量力和流场压力梯度引发的附加力；μ为液体动力粘度，ρ1为流体密度，u1为流体速度，CD为阻力系数，Rep为颗粒雷诺系数；Fx为其它外力的总和，包括Basset力、Saffman升力、Magnus升力，仅对亚观颗粒有效；2)、颗粒压力反映由于颗粒间的碰撞作用而额外施加在流道壁面的压力，其计算方法为 P p = 2 3 α p ρ p q p 2 [ 1 + 2 α p g 0 ( 1 + e c ) ] - - - ( 5 ) 式(5)中，qp2为颗粒脉动动能，ec为颗粒碰撞赔偿系数，g0为对相关函数，其数学表达式为 g 0 = ( 1 - α p / α p , m ) - 2.5 α p , m - - - ( 6 ) Preston方程式表示刻率与压力、线性速度成正比关系，其它物性、化性及机械参数及特性都隐藏在Preston常数内，表示为：R＝Kp·P·V    (7)其中RR为蚀刻率，P为晶圆上的施加压力，而V为相对线性速率。Kp即为Preston常数；通过提取颗粒压力与颗粒速度，得到流道方向上软性磨粒流线蚀刻率变化情况。