同轴送粉喷嘴下沉积层结构对粉末流场的关键影响

本文主要探讨了沉积层结构对同轴送粉喷嘴（CPFN）粉末流场的影响规律。通过应用气固两相流理论，研究人员研究了在金属直接成型过程中，随着沉积层结构的变化如何影响粉末流场的浓度分布以及粉末流的汇聚特点。具体来说，他们利用FLUENT软件中的离散相模型进行了数值模拟，发现： 1. 同轴送粉喷嘴的粉末汇聚表现出径向上的高斯分布特性，相较于自由射流，粉末汇聚点有明显的向上移动。这个移动使得粉末的汇聚焦点从5毫米减小到4.6毫米，上移了0.4毫米。 2. 当沉积层宽度保持不变时，随着沉积层高度的增加，粉末汇聚点的浓度会有所下降，汇聚点位置则稍微下移，但汇聚特性保持基本稳定。这表明随着零件高度的增长，局部粉末流场的浓度分布可能会出现不均匀。 3. 另一方面，当沉积层高度固定时，如果沉积层宽度增大，粉末汇聚点的浓度值会有所提高，汇聚点会有轻微的上移，显示出更好的粉末汇聚性能。这意味着更宽的沉积层可能有助于改善粉末的集中和分布，从而优化成形效果。 实验结果与数值模拟结果基本相符，强调了在开环控制下制造具有不均匀壁厚和高度变化的金属零件时，沉积层的高度不均衡可能会对表面成形质量产生负面影响。因此，理解并控制沉积层结构对粉末流场的影响对于提升金属直接成型工艺的精度和效率至关重要。 关键词包括激光技术、金属直接成型、同轴送粉喷嘴、气固两相流以及数值模拟，这些是研究的核心技术手段和应用场景。该研究还得到了国家自然科学基金、国家973计划以及长江学者和创新团队发展计划的支持，显示了其在学术界的重要性和实际应用价值。论文作者朱刚贤和李涤尘分别在高能束控成型和快速成形等领域有着丰富的研究经验。