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基于FLUENT的导液管结构对γ-TiAl基合金喷射成形过程的影响

作　者: 赵林翔
导　师: 康福伟
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: γ-TiAl基合金喷射成形导液管模拟
分类号: TG394
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

TiAl基合金具有高的比强度和比模量,并具有良好的抗蠕变、抗氧化和抗氢脆性能,是一种极具潜力的轻型高温结构材料。虽然是作为结构材料进行研究的,但至今仍未找到比较合适的成形方法,特别是γ-TiAl基合金。喷射成形技术直接从液态制取整体致密、组织细化、成份均匀、结构完整并接近零件实际形状的材料和坯料,具有广阔的应用前景。喷射成形过程中,导液管的结构参数直接影响喷射成形的雾化结果。为此,本文研究不同的导液管结构参数,利用FLUENT软件分别模拟γ-TiAl基合金喷射成形过程中的保温过程和雾化过程,分析结果优化最佳方案。文中建立保温过程模型,用模拟砂的流量转化为坩埚入口的初始流速并进行模拟计算,分析了坩埚内部流场的变化分布以及出口处的温度和速度变化情况,并以数据拟合回归的方法,确定雾化过程的初始条件。分析导液管伸出长度为5mm时的雾化情况。当导液管内径为4mm和5mm时,导液管内容易形成回流,堵塞导液管;当导液管内径为10mm和15mm时,金属液滴得不到二次雾化。导液管内径选取6mm进行数值模拟,可以对γ-TiAl基合金进行喷射成形。通过实验验证,进一步证实其可行性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-23
  1.1 课题研究的背景及意义  10
  1.2 γ-TiAl 基合金研究现状及分析  10-13
    1.2.1 TiAl 合金的种类及性能  10-12
    1.2.2 γ-TiAl 基合金的特点  12-13
    1.2.3 γ-TiAl 基合金的研究发展  13
  1.3 喷射成形技术的研究发展  13-16
    1.3.1 喷射成形技术的工作原理  13-14
    1.3.2 喷射成形技术的发展历史及现状  14-15
    1.3.3 γ-TiAl 基合金喷射成形的发展现状  15-16
  1.4 喷射成形的模拟过程  16-20
    1.4.1 金属熔炼过程  16-17
    1.4.2 金属液释放过程及导液管的结构特点  17-19
    1.4.3 雾化过程  19-20
  1.5 喷射成形数值模拟的发展研究  20-22
  1.6 选题的意义和主要研究内容  22-23
第2章基于FLUENT 模拟的基本理论  23-33
  2.1 FLUENT 软件概述  23-24
    2.1.1 FLUENT 模拟类型划分  23
    2.1.2 FLUENT 解决问题的步骤  23-24
  2.2 FLUENT 中的前处理器  24-26
    2.2.1 网格类型  24
    2.2.2 网格的划分  24-25
    2.2.3 尺寸功能  25-26
  2.3 边界条件  26-28
    2.3.1 边界条件的分类  26
    2.3.2 常用的进、出口边界条件  26-28
  2.4 基本物理模型  28-30
    2.4.1 质量守恒方程  28
    2.4.2 动量守恒方程  28-29
    2.4.3 能量方程  29-30
    2.4.4 VOF（volume of fluid）模型  30
  2.5 湍流模型  30-31
    2.5.1 湍流模型的分类  30-31
    2.5.2 湍流模型的选择  31
  2.6 FLUENT 求解方式  31-32
    2.6.1 求解器选择  31-32
    2.6.2 离散方法的选择  32
    2.6.3 亚松弛方法  32
  2.7 本章小结  32-33
第3章 γ-TiAl 基合金保温过程的数值模拟  33-44
  3.1 模型的建立  33-34
    3.1.1 模型的结构及划分  33-34
    3.1.2 保温模拟部位的假设  34
  3.2 网格的划分  34-35
  3.3 保温过程模拟参数的确定  35-37
    3.3.1 初始速度的确定  35-36
    3.3.2 保温模拟初始数据的确定  36-37
    3.3.3 两相流VOF 模型的设置  37
  3.4 保温模拟过程的界定  37-39
  3.5 计算结果及分析  39-43
    3.5.1 温度变化分析  39-41
    3.5.2 速度变化分析  41-43
  3.6 本章小结  43-44
第4章不同导液管结构对雾化过程的影响  44-70
  4.1 模型的建立  44-45
    4.1.1 模型的结构  44
    4.1.2 雾化模型的假设  44-45
  4.2 网格的划分  45-46
  4.3 雾化模拟过程导液管入口初始条件的确定  46-50
    4.3.1 导液管入口的初始速度  46-47
    4.3.2 导液管入口的初始温度  47
    4.3.3 导液管入口的初始压强  47-48
    4.3.4 其它两种结构的初始条件的确定  48-50
  4.4 雾化模拟过程参数的设置  50-51
    4.4.1 材料的性质  50
    4.4.2 边界条件  50-51
    4.4.3 两相流VOF 模型的设置  51
  4.5 雾化过程的计算结果及分析  51-65
    4.5.1 导液管内径为4mm 的雾化流场的计算及分析  51-57
    4.5.2 导液管内径为5mm 的雾化流场的计算及分析  57-59
    4.5.3 导液管内径为6mm 的雾化流场的计算及分析  59-65
  4.6 导液管内径增大时的雾化流场的计算及分析  65-69
    4.6.1 导液管内径为10 mm 的雾化流场的计算及分析  65-67
    4.6.2 导液管内径为15 mm 的雾化流场的计算及分析  67-69
  4.7 本章小结  69-70
第5章实验验证  70-76
  5.1 实验准备  70-71
    5.1.1 母合金熔配的材料与设备  70
    5.1.2 母合金熔配的工艺参数及结果  70-71
  5.2 合金喷射成形过程  71-72
  5.3 实验结果及分析  72-73
  5.4 组织及成分分析  73-75
    5.4.1 组织分析  73-74
    5.4.2 成分分析  74-75
  5.5 本章小结  75-76
结论  76-77
参考文献  77-80
攻读硕士学位期间发表的学术论文  80-81
致谢  81

基于FLUENT的导液管结构对γ-TiAl基合金喷射成形过程的影响

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