编辑: liubingb 2019-07-05

50 ?m), 采用网格方法捕捉雾化后液滴的欧 拉-欧拉VOF多相流模型, 会带来过于庞大的计算 量, 大大降低研究效率. 为了克服上述困难, 目前 大部分研究在高温熔体的不稳定性破碎理论基础 上, 利用熔体破碎不稳定性分解模型 TAB (Taylor analogy breakup) 模型与 Kelvin-Helmholtz (K-H) 不稳定性模型 [18,22,25] 等, 对气体雾化粉末的粒度 进行预测. 但是高温熔体不稳定性破碎理论一般只 应用于二次雾化过程研究 [5,27,28] , 直接采用不稳定 性雾化破碎模型会忽略初次雾化破碎的过程. 并且, 直接通过高温熔体不稳定性破碎理论模拟方 法, 很难对高温熔体气雾化过程中液柱在高速气流 作用下变成液滴的过程进行可视化再现, 因此对于 气体雾化机理与过程的分析就只能停留在数学不 稳定性破碎模型上, 难以通过模拟计算的数据可视 化手段, 重现液滴脱落剥离的过程. 有研究采用欧 拉 -欧拉方法的 VOF 多相流模拟研究限制式喷嘴 初次破碎过程 [22] , 但由于网格分辨率的限制, 熔体 的初次破碎液滴脱落过程不明显. 本文以粉末高温合金的氩气雾化过程为研究示例, 运用商业CFD (computational ?uid dynamics) 软件 FLUENT, 对现有的用于实际生 产的非限制式喷嘴进行建模. 首先通过欧拉 -欧拉 VOF 多相流模型, 利用 VOF 的界面追踪功能, 计 算模拟非限制式喷嘴的主雾化过程, 并实现该过程 中大液滴从熔体液柱脱落过程的可视化研究. 然后 再采用高温熔体不稳定性理论的雾化模型, 将主雾 化的 VOF 模型计算结果作为初始条件, 模拟计算 主雾化后大液滴二次雾化成小液滴的粒度分布. 克 服了单独采用欧拉 -欧拉方法的 VOF 多相流方法 或者欧拉 -拉格朗日方法直接模拟非限制式喷嘴的 雾化过程中存在的技术瓶颈, 实现了对 EIGA 制粉 技术中非限制式喷嘴雾化过程的全过程模拟, 并预 测了氩气雾化后的高温合金的粉末粒度分布. 模拟 的粒度分布结果与实验实测的结果高度符合. 该方 法也适用于非限制式喷嘴里, 其他金属或合金的雾 化过的模拟研究.

2 实验方法及过程 2.1 非限制式喷嘴的物理模型设计 由于本文研究的非限制式环缝喷嘴具有旋转 对称性, 为了提高计算效率, 在不影响网格分辨率 的前提下, 减少网格数目, 将模型简化为二维轴对 称模型. 首先采用工程绘图软件 CAXA 电子图板 进行二维模型的绘制, 之后通过 Gambit 软件对非 限制式环缝喷嘴几何模型进行网格划分, 采用映射 画法划分结构或者非结构网格, 同时要根据流体 路径充分考虑网格数量(本文为50000―C100000个 网格) 及密度问题并设置入口及出口条件, 最后在 FLUENT 软件内加载符合气体雾化物理过程考虑 的物理模型, 多相流模型一般采用 VOF模型, 黏度 模型可以采用 k-epsilon 模型、 雷诺应力 (Reynolds stress) 模型以及大涡模拟 (large eddy simulition) 模型, 边界条件设置为气体进口压力

4 MPa、出 口压力

1 MPa、金属熔体温度

2000 K、下落速度 1.4 m/s, 采用瞬态法计算非限制式环缝喷嘴的熔 体破碎雾化过程. 本文采用的非限制式环缝喷嘴结构如图

1 所示, 主要由进气口、 气室和环形喷嘴组成. 研究采用 VOF 多相流模型模拟喷嘴内气液相互作用的主雾 化过程. 然后, 在主雾化模拟结果的基础上, 采用 欧拉 -拉格朗日方法 (DPM 模型) 对非限制式喷嘴 170201-2 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 67, No.

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