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1、第30卷第4期機(jī)械設(shè)計(jì)與研究Vo1．30No．42014年8月MachineDesignandResearchAUG．，2014文章編號(hào)：1006—2343(2014)04—130-04電噴鍍陽(yáng)極噴嘴的流場(chǎng)仿真及試驗(yàn)陳超，康敏，王穎，傅秀清，王興盛。(1．南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，南京210031，E—mail：857103498@qq．corn2．江蘇省智能化農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京210031)摘要：針對(duì)平面式和直紋曲面的電噴鍍陽(yáng)極噴嘴流場(chǎng)設(shè)計(jì)，以電鍍液的流道為物理模型建立了相應(yīng)的數(shù)值模型，應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)方法對(duì)流場(chǎng)的數(shù)值模型進(jìn)行求解應(yīng)用。單相流模擬噴嘴內(nèi)液體流動(dòng)情況，VOF多
2、相流模型模擬分析噴射液柱與空氣混合狀態(tài)，研究3-件表面鍍液分布情況。根據(jù)仿真結(jié)果，并結(jié)合試驗(yàn)，確定最優(yōu)的陽(yáng)極噴嘴設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞：CFD；VOF；陽(yáng)極噴嘴；流場(chǎng)仿真中圖分類號(hào)：TG662文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AResearchonFlowSimulationandExperimentofElectricPlatingWithAnodeNozzleChenChao，KangMin，WangYing，F(xiàn)uXiuqing，WangXingsheng(1．CollegeofEngineering，NanjingAgriculturalUniversity，Nanjing210031，China
3、；2．JiangsuKeyLaboratoryforInteUigentAgriculturalEquipment，Nanjing210031，China)Abstract：Todesigntheflowfieldofinner—anodenozzleinelectricplatingonflatandruledsurfaces，anumericalmodelwasbuiltaccordingtothephysicalmodeloftheelectrolyteflowchannel，andthecomputationalfluiddynamics(CFD)methodwasa
4、ppliedtosolvethenumericalmode1．Usingsingle—phasemodelsimulatestheflowconditionbasedontheanodegeometrymode1．VOFmodelisusedtosimulatetheinterfacebetweentwo—phase(gasandliquid)andtheliquiddistributiononworkpiece．Theoptimizationdesignofanodenozzleisdeterminedbytheresultsofsimulationandexperimen
5、ts．Keywords：CFD；VOF；anodenozzle；fluidfieldsimulation數(shù)控電噴鍍是一種快速沉積的工藝方式，是在普通電刷噴射后的氣液混合狀態(tài)，對(duì)液體表面進(jìn)行跟蹤，研究鍍液在鍍的基礎(chǔ)之上結(jié)合數(shù)控技術(shù)發(fā)展起來(lái)的。該項(xiàng)技術(shù)將含有工件表面的狀態(tài)分布，在仿真的基礎(chǔ)之上設(shè)計(jì)合理的陽(yáng)極噴高濃度金屬離子的電鍍液通過(guò)液泵以一定流量、流速流過(guò)陽(yáng)嘴結(jié)構(gòu)，并通過(guò)工藝試驗(yàn)證明仿真結(jié)果。極噴嘴與陰極工件構(gòu)成的電鍍空間，并在計(jì)算機(jī)的控制下使鍍液入口陰極工件表面獲得細(xì)晶鍍層，加工原理見(jiàn)圖1。當(dāng)流速達(dá)到一定臨界數(shù)值，電鍍液處于紊流狀態(tài)，擴(kuò)散層被打亂，傳質(zhì)過(guò)程得以強(qiáng)化，抑制濃差極
6、化，加大電化學(xué)極化傾向，提高電流密度?。電噴鍍陽(yáng)極噴嘴是電鍍?cè)囼?yàn)裝置的重要組成部分，噴嘴型腔結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)兩極之間的流場(chǎng)分布產(chǎn)生影響，形成不均勻的間隙分布，從而影響鍍層的表面質(zhì)量J。因此，需要設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理的陽(yáng)極噴嘴。本文通過(guò)CFD軟件建立流場(chǎng)數(shù)學(xué)模型，根據(jù)工藝參數(shù)o設(shè)置邊界條件，利用該軟件對(duì)陽(yáng)極噴嘴以及兩極之間的二維流場(chǎng)進(jìn)行模擬仿真，研究鍍液在噴嘴內(nèi)部及加工區(qū)域內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)與壓力分布。使用VOF多相流模型模擬加工區(qū)域液柱▲圖1加工原理圖1陽(yáng)極噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)收稿日期：2013一l1—18對(duì)于平面式或直紋曲面式加工，陽(yáng)極噴嘴通常設(shè)計(jì)成直基金項(xiàng)目：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院引進(jìn)人才科研啟動(dòng)基金資助
7、項(xiàng)目(Rcqdl1—05)；江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃資助項(xiàng)目線性刃口。本文設(shè)計(jì)兩種噴嘴結(jié)構(gòu)，雙刃邊噴嘴和單刃邊噴(Cxzzl2—0271)嘴，二者均采用圓柱棒簡(jiǎn)單加工而成，入口為30mm，噴口以第4期陳超等：電噴鍍陽(yáng)極噴嘴的流場(chǎng)仿真及試驗(yàn)131及側(cè)壁寬度均為2mill，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖以及俯視圖如圖2所示。(P，()為湍動(dòng)粘度；G為由于平均速度梯度引起的湍動(dòng)能k的產(chǎn)生項(xiàng)；C。、CC2、or、為模型常數(shù)，根據(jù)Laun—ilder等的推薦值及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，分別取值為：C。=0．99、C。=1．44，C2=1．
