納米電漿噴塗中納米顆粒多相流的數值研究

《納米電漿噴塗中納米顆粒多相流的數值研究》是依託浙江大學，由熊紅兵擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：納米電漿噴塗中納米顆粒多相流的數值研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：熊紅兵
• 項目類別：面上項目

項目摘要

納米電漿噴塗技術中，納米顆粒的多相流基礎研究遠遠落後於套用，特別是納米顆粒的聚並、飛行等的機理尚不清楚。本研究通過對納米電漿噴塗中的納米顆粒多相流過程進行理論分析、數值模擬和實驗研究，達到以下目標：給出流體介質非連續性條件下納米顆粒所受的拖曳力、范德華力、禁止靜電力、布朗脈動力的表達式，用量綱分析找出不同雷諾數下的主導力；用拉格朗日方法直接數值模擬多個納米粒子的聚並過程，給出聚並直徑與初始狀態的關係；製備納米顆粒懸浮液並測量聚並直徑，實驗結果用於驗證數值模型；建立電漿射流中納米粒子飛行、熔化和碰撞過程的多相流模型；實現納米電漿噴塗多相動力學全過程的建模，模擬不同參數下納米粒子的聚並、霧化、飛行、碰撞、熔化、蒸發和氧化過程；研究納米粒子初始直徑、懸浮液物性、霧化氣液比、射流溫度和速度、飛行距離等參數對噴塗效果的影響，為工程套用提供理論依據。

結題摘要

納米電漿噴塗是一項新興的材料技術，能在比較便宜的基體材料上沉積一定厚度的特殊物性的納米塗層，有著廣闊的市場前景。本項目在已取得的工作基礎上，對納米電漿噴塗中的納米顆粒多相流過程進行理論分析、數值計算和系統研究，圍繞粒子的霧化、破碎、聚並、受力、加速、熔化、蒸發等過程中所涉及的多相流問題進行了深入的研究。建立了包括顆粒霧化、破碎、碰撞、凝並等完整飛行過程的的粒子多相流模型；模型給出了納米顆粒所受拖曳力、薩夫曼力、布朗脈動力等的表達式，確定了不同流場和不同顆粒條件下的主導力；考慮了多相流過程中二次霧化、碰撞、蒸發等對納米顆粒直徑變化的影響，計算了納米顆粒速度、溫度、熔化度等狀態參數，計算結果與實驗結果吻合較好；同時，用該模型探討了高溫電漿射流的工況，納米顆粒的材料、尺寸等對粒子飛行過程及其噴塗效果的影響，為工程套用提供了理論依據。