基于空化效應(yīng)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(chǔ)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(yīng)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(gòu)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(gòu)、數(shù)值模型等，為數(shù)值研究與分析提供理論基礎(chǔ)。
　　(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(gòu)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(shè)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(shè)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(gòu)設(shè)計，管道的穩(wěn)定性與安全性設(shè)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(yīng)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(yīng)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(yīng)的功能材料的加工探究，尚屬于新的研究領(lǐng)域范疇，設(shè)計并優(yōu)化了串聯(lián)式空化腔室的結(jié)構(gòu)，為后續(xù)空化腔室模型設(shè)計提供理論依據(jù);探究水作為單一的加工基液，尋求