等离子熔射过程中热传递特性研究

采用红外测温仪检测单位时间内基体温度变化来衡量射流与粒子流(含粉末粒子的射流)的加热效应,实验研究了等离子弧电流、电压、熔射距离以及送粉速率变化对加热效应的影响规律,进而对比分析射流和粒子流与基体/已熔射涂层之间的热传递特性.实验结果表明:等离子熔射过程中的加热效应主要取决于射流引起的对流传热;粒子流的加热效应特点与射流不同,而粉末粒子仅对其沉积区域的温升有贡献;随着熔射距离的增加,射流的加热效应急速下降;等离子弧电流和电压的增大相应地提升了喷枪功率,加大了射流与基体间的对流传热.     

熔射形成的陶瓷件制造技术

从等离子熔射快速制造陶瓷件工艺过程入手,研究等离子射流温度场分布、送粉方式、粉末飞行过程中射流与粉末能量和动量传递、粉末的温度特性和速度特性对成形质量的影响;分析沉积过程中所收集粉末的熔融状态、粒子扁平化形态对熔射层微观结构的影响,研究表明,通过优化工艺参数,改善射流温度场分布、粉末飞行特性,可有效地提高成形质量。     

精细饰纹件等离子熔射快速制造技术研究

提出了精细饰纹件等离子熔射快速制造技术．在大量实验基础上，着重研究精细饰纹熔射成形及后处理过程中的关键技术问题，详细分析和评价了基模特性、射流特性、粉末特性、熔射枪结构、熔射工艺参数等重要因素对熔射成形件质量的影响，给出了射流图像采集方法、粉末飞行速度和温度的数值模拟模型及测量技术方案，最后进行了典型精细饰纹件的熔射成形实验．研究结果表明：等离子熔射成形技术可以快速制造精细饰纹件，实现成形与加工一体化，且工艺简单、成本低，是极具发展潜力的制造方法．     

等离子熔射成形模拟系统设计与研究

设计并开发了一种等离子熔射成形过程的数值模拟系统.系统描述了从射流至基体的整个熔射成形过程以及各对象的状态和行为,并生成熔射成形过程的三维动画.在分析中同时考虑射流、熔射粒子、皮膜的影响因子对熔射结果的影响,找出部分主要工艺参数对熔射的影响规律.由等离子熔射铁片模拟所得到的计算结果与实验观测现象基本符合,表明了此系统用于系统地模拟和分析等离子熔射成形过程是可行的.     

等离子熔射快速制模中皮膜形成过程的模拟

等离子熔射性速制模法可以由快速原型或天然素材原型快速复制硬质合金模具，而控制等离子熔射成形工艺，保证熔射皮膜的质量是该技术的关键，建立了包括等离子发生过程，粒子在射流中飞行及加热，熔射层的生长及孔隙形成三阶段的熔射皮膜生长过程的数学模型，进行了数值模拟计算，并通过实验验证了有关数学模型与模拟计算方法的正确性，熔射皮膜形成过程模拟软件的开发将为等离子熔射快速制模工艺的合理设计提供科学工具。     

等离子熔射ZrO2粒子飞行状态

在熔射过程中．粉末粒子的温度、速度、空间分布等是影响沉积效率和熔射质量的直接因素．文中以等离子熔射ZrO2粉末为例．利用CCD技术和双比色原理．对粒子飞行特性进行在线检测．采用正交实验方式，研究氩气流量、氢气流量和工作电流对粉末粒子的温度、速度的影响规律．结果表明，氩气和氢气的流量分别是影响粒子速度、粒子温度的主要因素，而电流变化对粒子温度、速度也有一定影响．     

不锈钢模具快速制造技术

为了解决低熔点材料电弧熔射成形模具使用性能差、寿命低等问题,提出电弧熔射成形制作不锈钢模具的方法.以不锈钢材料为研究对象,研究电弧熔射过程中输入参数对飞行熔滴温度和速度的影响,分析熔滴的扁平化过程,并对熔射层的硬度和孔隙率进行测试.实验结果分析表明,雾化气体压力直接影响熔滴的雾化状态,熔滴飞行温度、速度,以及成形质量.随着空气压力的增大,熔滴飞行速度提高,熔射层致密且氧化物质量分数减少,气孔率降低,显微硬度也大大提高.熔射模的预热温度直接影响着熔滴的扁平化状态,从而影响熔射成形质量.     

机器人等离子熔射路径参数对涂层温度分布影响

结合红外测温仪与机器人熔射路径对基体/涂层温度分布进行连续在线检测,提取周期温度均值和标准差对检测结果进行表征.据此实验研究了机器人Z字形路径参数,包括熔射距离、扫描间距与速度对涂层温度分布的影响.结果表明:扫描速度对周期温度均值变化没有影响,扫描速度的选择应优先考虑周期温度波动;涂层周期温度标准差随扫描间距的增加而减小,但是周期温度均值变化取决于射流/粒子流对基体/涂层的作用时间;周期温度均值和标准差均随熔射距离的减小而增大.     

等离子喷涂过程中喷枪出口处基本参量的预测方法

针对典型的等离子喷涂工艺,提出预测等离子喷枪出口基本参量的方法. 构建了输入功率的多元线性拟合数学模型,实现了喷枪出口射流温度参量的求解. 根据气体状态方程,计算出喷枪出口的射流速度. 计算结果与相关实验基本吻合,并克服了传统方法的复杂性及不确定性.     

等离子熔射直接制造可视化仿真软件的开发

根据Lattice Boltzmann方法计算原理,设计粉末运动随机算法,首次建立了等离子熔射直接制造技术LBM和随机算法计算模型,采用面向对象系统设计方法,自行开发了可视化动态仿真软件,分析了软件的结构、功能和实现。     

等离子熔射射流中粉末飞行过程的数值模拟

在正六边形7-bit格子Boltzmann(LB)方法等离子射流的温度场和速度场的计算模型基础上，采用单个颗粒加速方程，建立了一个随机算法，实现了对粉末颗粒在射流场中运动过程的模拟；计算结果通过动画演示了，粉末飞行过程，结果表明在射流场一定的情况下，减小送粉口径或增加粉末颗粒直径可以提高粉末利用率。但后者会降低粉末飞行速度；选择合适的喷涂距离可以获得更高的粉末飞行速度．     

直喷式柴油机伞形喷射混合气形成与燃烧过程研究

在一台中速直喷式柴油机上，通过高速纹影照相技术直接观察了三种典型伞喷油嘴的喷雾发展及混合气形成过程，分析了不同孔径和不同喷射锥角对油束特性，油束着壁，混合气形成和发展过程的影响，在实机运转条件下，采用ＡＶＬ６５７燃烧分析仪测取了示功图，并给出了放热率曲线和燃烧性能参数，对这三种典型伞喷油嘴的燃烧放热特点进行了较深入的分析。     

钢板超快速冷却条件下换热实验研究

采用汽雾射流冷却方式,在射流角为0°~60°时,研究了10 mm厚不锈钢板轧后超快速冷却过程中表面射流流动结构、换热区分布和钢板温降规律,分析了倾斜射流对钢板表面热流密度和冷速的影响.结果表明:射流角通过改变钢板表面滞止区和横向流区面积、水流密度、介质流动形态和流动速度,影响钢板表面换热形式和热流密度分布,进而影响超快速冷却冷速;射流角为30°时钢板平均冷速和临界热流密度均达到最大值,分别为146.5℃/s和2.75 MW/m~2.     

对流室炉管外壁清洗机设计与试验

针对加热设备对流室内炉管积灰导致能源浪费和安全隐患等问题,设计了一种可在炉管上实现行走、导向与越障功能的清洗机.该清洗机携带有喷杆,可喷射高压水射流对炉管外壁进行清洗.喷杆可自由调整摆角以实现不同层多根炉管外壁的全面清洗.根据清洗机的结构以及工作流程,设计了清洗机的控制系统.对清洗机进行了动力学仿真,对清洗机设计参数进行了优选.搭建了试验平台与样机,试验结果表明,该清洗机运行平稳,搭载高压水射流后可实现炉管清洗作业.      

液体射流分裂与雾化机理在喷雾特性预测中的应用

将粘性气体中的三维粘性圆柱形液体射流分裂与雾化机理，应用到喷雾特性的研究中．确立了喷嘴出口处未受扰液核长度及喷雾平均滴径的计算方法．本文得到的平均滴径与实验的统计值相吻合．此外，数值计算还发现高速射流的雾化过程主要是由短波长的扰动波引起的．     

喷油器各喷孔流量影响因素的分析

在大量实验的基础上,探讨了喷油器各喷孔流量不均匀的原因,分析了喷油器参数对流量的影响,这对进一步研究喷油器参数对柴油机性能的影响有一定意义。