激光熔覆过程质量传输的边界耦合双方程数值模拟

1 下载量 158 浏览量 更新于2024-08-28 收藏 270KB PDF 举报
"这篇文章是关于激光熔覆过程中质量转移的边界耦合双方程数值模拟研究,由华南理工大学机械工程学院的研究团队进行。研究基于连续体模型,对流体流动、热传递和质量传递进行了耦合数值模拟。在激光熔池中的质量传递模拟中,分别计算了包覆层与基材界面两侧的浓度分布,并在共边界处进行耦合。通过索伯列夫模型,根据平衡溶质分配系数计算得到非平衡溶质分配系数。研究团队利用基于商业软件PHOENICS 1.4开发的自定义软件,对实验中的钢铁材料激光熔覆时铁元素在熔池中的分布进行了分析。" 本文的重点知识包括: 1. 激光熔覆:这是一种表面改性技术,通过高能激光束将合金粉末熔化并沉积在基材表面,形成具有优异性能的包覆层。在这个过程中,涉及流体动力学、热传递和化学反应等多个物理过程。 2. 数值模拟:为了理解和预测激光熔覆过程中的复杂现象,研究者采用数值模拟方法,这可以更精确地模拟实际操作中的流体流动、热传递和质量转移等现象,而无需进行昂贵且可能破坏性的实验。 3. 连续体模型:这是一种在流体力学和热力学中广泛使用的理论框架,它假设物质是连续分布的,允许用偏微分方程来描述物质的运动和变化。 4. 边界耦合:在模拟中,边界条件是关键因素。在激光熔覆中,包覆层和基材的界面是关键的边界,其两侧的浓度分布被单独计算并在此边界上耦合,确保了模拟的准确性。 5. 溶质非平衡分配系数:在熔融金属冷却凝固时,溶质元素的分布可能偏离平衡状态。非平衡溶质分配系数是描述这种现象的关键参数,可以通过索伯列夫模型计算得到。 6. 索伯列夫模型:这是一种描述熔池中溶质分配的理论模型,用于计算在快速凝固过程中非平衡状态下溶质的分布。 7. 商业软件PHOENICS:这是一款强大的计算流体动力学(CFD)软件,被用来进行热传递和流体流动的模拟。研究团队基于此软件开发了自定义工具,以适应激光熔覆的具体需求。 8. 钢铁材料的激光熔覆:实验案例中,研究者关注的是在钢铁材料表面进行激光熔覆时,铁元素在熔池中的分布,这对于理解和优化熔覆过程以及最终涂层的质量至关重要。 通过这些知识点,研究者可以深入理解激光熔覆过程中的物理和化学行为,为改进工艺参数、提高涂层质量提供理论支持。