表面波纹形貌对冲蚀磨损的影响研究
冲蚀波纹是在液固或气固两相流的工作条件下,机械部件表面经过一段时间的冲蚀后在最初光滑平整的部件表面出现的类似波纹形状的磨损形貌。冲蚀磨损现象存在于生产生活的各个方面,并且一定条件下的冲蚀磨损会产生较为明显的冲蚀波纹形貌。冲蚀出的波纹会干扰冲蚀颗粒的正常运动轨迹,从而起到改变冲蚀率的作用。因此研究冲蚀波纹的形成及耐冲蚀机理在减小冲蚀磨损方面具有重要的意义以及应用前景。在文献调研的基础上,本文综述了冲蚀波纹相关的理论及试验研究发展现状,探讨了冲蚀波纹的形成过程及形成机理。通过设计改造并搭建冲蚀试验设备,选择了气源及连接件、喷嘴等,并设计了支撑架、角度调节机构、试样夹持机构等,使其能够实现试验过程中的试件位置的固定以及角度的调节,满足实验参数条件下的实验要求。使用气流喷砂式设备携带石英砂颗粒对试件进行冲蚀,找到了形成冲蚀波纹形貌比较明显的实验参数。设置0.3 Mpa、0.4Mpa、0.5Mpa压强参数和30°、40°、50°冲击角度参数,对试件进行了 9组全面冲蚀试验,得到冲蚀波纹高度以及宽度的特征数据。运用试验优化设计方法进行正交试验的设计。选定波纹的宽度,高度以及形状三个因素主要因素,每个因素选定3个水平,进行四因素三水平的正交试验设计,并且不考察因素间之间的交互作用,选用L9（34）正交表进行样件设计。利用逆向工程方法对波纹形貌进行了重建,通过冲蚀试验得出表面波纹形貌可以有效减小冲蚀磨损。使用ANSYS软件,模拟分析仿生样件表面形貌对近壁气流的速度矢量以及壁面的压力的影响,从以上两个关键点进行切入,分析其减小冲蚀磨损的机理,进而对波纹形貌在减小冲蚀磨损方面的作用进行了深入论证。
- 作者：
- 王琪
- 学位授予单位：
- 天津科技大学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2020年
- 导师姓名：
- 张琰
- 中图分类号：
- TG172
- 关键词：
- 波纹形貌；冲蚀磨损；试验优化设计；近壁流场；有限元
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- 基金项目：
- 国家自然科学基金