高能液粒兩相螺旋流光整加工機理及應(yīng)用研究項目摘要

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驗裝置，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動的微觀運動特點和受力情況，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現(xiàn)滾壓、刻劃和滑擦的光整加工機理；研制多參數(shù)可調(diào)的整套試驗裝置；通過基礎(chǔ)實驗、應(yīng)用實驗和仿真實驗 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，主要特點如下:

1.利用螺旋流產(chǎn)生的強勁的動能帶動磨塊進行內(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，由于加工介質(zhì)隨機動態(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

本項目采用先進的測試手段與數(shù)值模擬計算相結(jié)合，對水力旋流器固液兩相湍流結(jié)構(gòu)及分離性能進行了專門研究。成功地開發(fā)出能正確描述水力旋流器復雜流動的“各向異性K—ε湍流數(shù)學模型”和改進后的“確定顆粒軌道數(shù)學模型”。對水力旋流器液相三維流場、固相顆粒運動軌跡、以及固粒的濃度、粒度和密度分布進行了數(shù)值模擬和實測研究，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理和湍流對分離（級）性能的影響，并指出了改進分離（級）效果的途徑。本項目已完成學術(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)計與操作提供了重要科學依據(jù)。

飄移流模型是汽液兩相流的系統(tǒng)尺度計算模型，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算。然而用于螺旋管的漂移流模型仍為空白。本課題目標是采用多尺度實驗及數(shù)值模擬的方法構(gòu)建此模型。研究思路為：通過空氣/水實驗和CFD 模擬研究流動機理并初步構(gòu)建模型；通過高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器（SG）蒸汽/水實驗修正模型。將完成：1.建造氣/水實驗裝置，結(jié)合CFD 數(shù)值模擬，分析螺旋管條件下兩相流動機理、流型特點及其轉(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式；3.編制SG 動態(tài)分析程序，對SG 實驗結(jié)果進行預測；4.將程序預測結(jié)果與SG 實驗數(shù)據(jù)對比，修正模型參數(shù)并提出最終表達式；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充與發(fā)展，其結(jié)果具有重要的學術(shù)價值和應(yīng)用價值。