高能液粒两相螺旋流光整加工机理及应用研究基本信息

研究高速液体螺旋流和液粒两相螺旋流的形成，研制高能液粒两相流模拟实验装置，通过高速摄影的记录观察和理论分析，研究球形磨粒沿被加工孔表面整体螺旋运动的微观运动特点和受力情况，将微量磨削理论与两相流理论相结合，建立高能液粒两相螺旋流柔性自适应被加工孔表面的加工理论，深入探讨加工过程中球形磨粒对被加工孔表面实现滚压、刻划和滑擦的光整加工机理；研制多参数可调的整套试验装置；通过基础实验、应用实验和仿真实验 2100433B

两相螺旋流内孔表面光整加工新工艺的加工范围广，工件适应性好，加工效率高，加工效果好，主要特点如下:

1.利用螺旋流产生的强劲的动能带动磨块进行内孔表面光整加工，磨块具有充足的能量，光整后工件的表面粗糙度Ra值可降低到1~2级,加工效率高。

2.该工艺的去除量很小，属于微量加工，工件表面的去除厚度在pm级，可以很好地保持工件原有的加工精度。

3.该工艺对管类零件的长径比要求不很严格，对大多数有特殊要求的直管类零件均可加工。

4.加工时，由于加工介质随机动态地沿薄壁内表面圆周均匀分布，加工过程中工件沿圆周方向受力均匀，对于薄壁类零件也可加工。

5.该工艺也适合于交叉孔、台阶孔、育孔等异形内孔表面的光整加工。

6.该工艺不仅可用于中小尺寸精密孔表面去毛刺和光整加工，如液压行业的阀体，油缸、矿山机械中的油支柱缸筒，兵器工业中的枪管和炮简等，也可用于大尺寸孔表面的清理和光整加工，如石油天然气行业中的输油、输气管道和化工管道等。2100433B

本项目采用先进的测试手段与数值模拟计算相结合，对水力旋流器固液两相湍流结构及分离性能进行了专门研究。成功地开发出能正确描述水力旋流器复杂流动的“各向异性K—ε湍流数学模型”和改进后的“确定颗粒轨道数学模型”。对水力旋流器液相三维流场、固相颗粒运动轨迹、以及固粒的浓度、粒度和密度分布进行了数值模拟和实测研究，弄清了水力旋流器固液两相流动规律，分析讨论了固粒物性参数与各湍流主要特征量的关系；研究了水力旋流器的分离机理和湍流对分离（级）性能的影响，并指出了改进分离（级）效果的途径。本项目已完成学术论文21篇，专著一部，并培养博硕士生3人。研究成果为提高水力旋流器分离（级）效率及优化设计与操作提供了重要科学依据。

飘移流模型是汽液两相流的系统尺度计算模型，稳定性好且精度高，被广泛应用于直管内和棒束间的两相流计算。然而用于螺旋管的漂移流模型仍为空白。本课题目标是采用多尺度实验及数值模拟的方法构建此模型。研究思路为：通过空气/水实验和CFD 模拟研究流动机理并初步构建模型；通过高温气冷堆蒸汽发生器（SG）蒸汽/水实验修正模型。将完成：1.建造气/水实验装置，结合CFD 数值模拟，分析螺旋管条件下两相流动机理、流型特点及其转换规律，建立清晰的物理图象；2.分析螺旋管条件下各相所受作用力，建立漂移流模型中分布参数和漂移速度的初步表达式；3.编制SG 动态分析程序，对SG 实验结果进行预测；4.将程序预测结果与SG 实验数据对比，修正模型参数并提出最终表达式；5.将分析程序用于SG 动态特性分析。本课题是从工程技术中抽象出来的基础理论研究，是对两相流研究的补充与发展，其结果具有重要的学术价值和应用价值。