悬浮等离子体喷涂过程中微纳米颗粒撞击基板的动力学模拟

• 作者: Hong-bing XIONG Kai ZHANG Xue-ming SHAO
• 来源期刊: 浙江大学学报（英文版）（A辑：应用物理和工程）
• 学科: 工学
• 关键词: 悬浮等离子体喷涂 斯托克斯数 布朗力 多相流 固体-流体相互作用
• 年，卷（期）: 2016,（9）
• 页码范围: 733-744
• 分类号: O359|TK124
• 语种: 中文

摘要

目的:研究微纳米颗粒在流场中的运动和传热特性,确定颗粒绕流的临界尺寸以及微纳米颗粒合适的喷涂距离.创新点:1.建立微纳米颗粒的受力和运动模型;2.推导颗粒粒径和斯托克斯数的关系,确定颗粒绕流的临界尺寸;3.确定适于微纳米颗粒的喷涂距离.方法:1.通过颗粒运动和传热的三维模型,模拟颗粒在等离子体流场中的运动和传热过程;2.对流场采用欧拉法进行求解,对颗粒采用拉格朗日法进行求解;3.动态追踪颗粒的轨迹和空间分布,从而得到颗粒的速度、温度和空间分布.结论:1.布朗力会影响纳米颗粒的分布;现有模型可以很好地模拟微纳米颗粒的行为.2.可以用斯托克斯数和粒径表征微纳米颗粒绕流的临界尺寸;当前工况下,临界粒径约为800 nm.3.基板会影响流场结构和颗粒的空间分布;在当前研究中,得出有利于纳米颗粒沉积的喷涂距离约为50 mm;对微米颗粒来说,喷涂距离应适当增大.4.微纳米颗粒的空间分布呈现不同的特点;纳米颗粒的分布区间更大,布朗力对纳米颗粒的作用比对微米颗粒更为显著.5.微纳米颗粒的运动和传热过程呈现不同的特点;纳米颗粒的惯性和热容小,因此它们的速度和温度变化更迅速.