高能液粒兩相螺旋流光整加工機(jī)理及應(yīng)用研究基本信息

研究高速液體螺旋流和液粒兩相螺旋流的形成，研制高能液粒兩相流模擬實(shí)驗(yàn)裝置，通過高速攝影的記錄觀察和理論分析，研究球形磨粒沿被加工孔表面整體螺旋運(yùn)動的微觀運(yùn)動特點(diǎn)和受力情況，將微量磨削理論與兩相流理論相結(jié)合，建立高能液粒兩相螺旋流柔性自適應(yīng)被加工孔表面的加工理論，深入探討加工過程中球形磨粒對被加工孔表面實(shí)現(xiàn)滾壓、刻劃和滑擦的光整加工機(jī)理；研制多參數(shù)可調(diào)的整套試驗(yàn)裝置；通過基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)驗(yàn) 2100433B

兩相螺旋流內(nèi)孔表面光整加工新工藝的加工范圍廣，工件適應(yīng)性好，加工效率高，加工效果好，主要特點(diǎn)如下:

1.利用螺旋流產(chǎn)生的強(qiáng)勁的動能帶動磨塊進(jìn)行內(nèi)孔表面光整加工，磨塊具有充足的能量，光整后工件的表面粗糙度Ra值可降低到1~2級,加工效率高。

2.該工藝的去除量很小，屬于微量加工，工件表面的去除厚度在pm級，可以很好地保持工件原有的加工精度。

3.該工藝對管類零件的長徑比要求不很嚴(yán)格，對大多數(shù)有特殊要求的直管類零件均可加工。

4.加工時(shí)，由于加工介質(zhì)隨機(jī)動態(tài)地沿薄壁內(nèi)表面圓周均勻分布，加工過程中工件沿圓周方向受力均勻，對于薄壁類零件也可加工。

5.該工藝也適合于交叉孔、臺階孔、育孔等異形內(nèi)孔表面的光整加工。

6.該工藝不僅可用于中小尺寸精密孔表面去毛刺和光整加工，如液壓行業(yè)的閥體，油缸、礦山機(jī)械中的油支柱缸筒，兵器工業(yè)中的槍管和炮簡等，也可用于大尺寸孔表面的清理和光整加工，如石油天然氣行業(yè)中的輸油、輸氣管道和化工管道等。2100433B

本項(xiàng)目采用先進(jìn)的測試手段與數(shù)值模擬計(jì)算相結(jié)合，對水力旋流器固液兩相湍流結(jié)構(gòu)及分離性能進(jìn)行了專門研究。成功地開發(fā)出能正確描述水力旋流器復(fù)雜流動的“各向異性K—ε湍流數(shù)學(xué)模型”和改進(jìn)后的“確定顆粒軌道數(shù)學(xué)模型”。對水力旋流器液相三維流場、固相顆粒運(yùn)動軌跡、以及固粒的濃度、粒度和密度分布進(jìn)行了數(shù)值模擬和實(shí)測研究，弄清了水力旋流器固液兩相流動規(guī)律，分析討論了固粒物性參數(shù)與各湍流主要特征量的關(guān)系；研究了水力旋流器的分離機(jī)理和湍流對分離（級）性能的影響，并指出了改進(jìn)分離（級）效果的途徑。本項(xiàng)目已完成學(xué)術(shù)論文21篇，專著一部，并培養(yǎng)博碩士生3人。研究成果為提高水力旋流器分離（級）效率及優(yōu)化設(shè)計(jì)與操作提供了重要科學(xué)依據(jù)。

飄移流模型是汽液兩相流的系統(tǒng)尺度計(jì)算模型，穩(wěn)定性好且精度高，被廣泛應(yīng)用于直管內(nèi)和棒束間的兩相流計(jì)算。然而用于螺旋管的漂移流模型仍為空白。本課題目標(biāo)是采用多尺度實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬的方法構(gòu)建此模型。研究思路為：通過空氣/水實(shí)驗(yàn)和CFD 模擬研究流動機(jī)理并初步構(gòu)建模型；通過高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器（SG）蒸汽/水實(shí)驗(yàn)修正模型。將完成：1.建造氣/水實(shí)驗(yàn)裝置，結(jié)合CFD 數(shù)值模擬，分析螺旋管條件下兩相流動機(jī)理、流型特點(diǎn)及其轉(zhuǎn)換規(guī)律，建立清晰的物理圖象；2.分析螺旋管條件下各相所受作用力，建立漂移流模型中分布參數(shù)和漂移速度的初步表達(dá)式；3.編制SG 動態(tài)分析程序，對SG 實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測；4.將程序預(yù)測結(jié)果與SG 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比，修正模型參數(shù)并提出最終表達(dá)式；5.將分析程序用于SG 動態(tài)特性分析。本課題是從工程技術(shù)中抽象出來的基礎(chǔ)理論研究，是對兩相流研究的補(bǔ)充與發(fā)展，其結(jié)果具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。