基于空化效應的功能材料的加工仿真與實驗研究.pdf

1、隨著光電科技等核心產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，功能材料作為這些產(chǎn)業(yè)的基礎材料，對其表面質(zhì)量要求也越來越高，然而傳統(tǒng)的表面加工方式易造成亞表面的損傷以及表面缺陷，很難獲得更高的表面質(zhì)量。因而，國內(nèi)外專家學者紛紛尋求新型的加工原理與方法。本文基于空化效應展開了對功能材料加工的探索性研究，以期能夠開發(fā)出一種高效高質(zhì)、綠色環(huán)保的加工方式，達到更高的表面質(zhì)量要求，具體完成的工作如下:
　　(1)理論研究:根據(jù)空化腔室結(jié)構特點及其空化流場的流動特性，提出

2、將類自振型和類文丘里管型的空化腔室進行串聯(lián)，并完成串聯(lián)式空化腔室的建模工作;分析研究空泡動力學方程、射流結(jié)構、數(shù)值模型等，為數(shù)值研究與分析提供理論基礎。
　　(2)數(shù)值研究:采用Mixture多相流模型，k-ε湍流模型，Singhl空化模型，優(yōu)化多種串聯(lián)式空化腔室的流體域模型，分析空泡體積分數(shù)云圖，壓力分布云圖以及速度分布云圖等。結(jié)果得出相對較好的串聯(lián)式空化腔室?guī)缀谓Y(jié)構參數(shù)，即β值取20°，d'值取2.0mm，n值取10.5mm，

3、α值取60°，m取值5.0mm，d值取8.0mm。
　　(3)實驗平臺設計:結(jié)合對空化流場的理論研究以及串聯(lián)式空化腔室的數(shù)值研究，自主設計并搭建了一整套可視化、全循環(huán)流動的實驗加工平臺，包括多種噴嘴的結(jié)構設計，管道的穩(wěn)定性與安全性設計等。
　　(4)實驗探究:首先探究噴射距離對加工效果的影響，同時對多種空化腔室的數(shù)值研究進行對比性的驗證，得出了相對較好的串聯(lián)式空化腔室，以及其對應功能材料加工的最佳噴距為8mm附近;然后探究加

4、工基液對加工效果的影響，采用相對較好的串聯(lián)式空化腔室在其最佳噴距下，對功能材料進行探索性的加工實驗，得出了加工后的表面形貌變化特征;加工基液中加入磨料，得出了磨料在一定程度上促進了基于空化效應的功能材料的材料去除，整體去除率提升59％，對局部區(qū)域性加工取得了較好的效果。
　　基于空化效應的功能材料的加工探究，尚屬于新的研究領域范疇，設計并優(yōu)化了串聯(lián)式空化腔室的結(jié)構，為后續(xù)空化腔室模型設計提供理論依據(jù);探究水作為單一的加工基液，尋求