単一溶射粒子の変形・急冷凝固過程の伝熱モデリングとその場計測

单个喷涂颗粒变形和快速凝固过程的传热建模和原位测量

基本信息

批准号：
05239202
负责人：
吉田豊信
金额：
$ 2.18万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1993
资助国家：
日本
起止时间：
1993 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-05239202/
关键词：
単一溶射粒子その場計測 SOLA-VOF ハイブリッドプラズマ

项目摘要

I.数値計算シミュレーション(1)概要数値計算シミュレーションには、自由表面及び表面張力の取扱いが可能なプログラムコードであるSOLA-VOFをベースとして、そこに伝熱・凝固計算を取り入れたプログラムを開発し用いる。凝固における潜熱の取扱いに関しては、温度回復法を用い、円筒座標系において100×60の等方メッシュを用いて計算を行った。用いた仮定は、(a)粒子・基板ともに材質はAl_2O_3とし、基板衝突直前の粒子は球形をしており、温度T_0Kで均一に溶融しているとする。(b)雰囲気温度は1000K一定とする。(c)粒子の周囲には境膜を仮定し、粒子と雰囲気の伝熱はこの境膜を通して行なうものとする。(d)基板と粒子とは完全熱接触であり、基板表面はno slipとする。(e)流体内における熱発生は無いものとする。(2)現在までの経過現在まで主にプログラム開発を行なってきた。今のところ、いくつかの条件において計算を行なっているが、まだプログラムに若干の改正の余地があり、十分な結果が得られていないというのが現状である。II.その場計測(1)概要溶射実験では100kW級ハイブリッドプラズマ溶射装置において、溶射粒子の粒子パラメータのその場計測を行う。飛行粒子の速度と粒径の測定では、He-Neレーザ光を用い粒子による散乱光の強度変化から速度、粒径を算出する。また、粒子の基板衝突時の温度測定では溶融粒子の発する放射光を分光器により2波長取り出し、その強度比から粒子の温度変化を測定する。(2)現在までの経過溶射装置にHe-Neレーザ、光ファイバーを取り付けるための治具作製を行い、光強度を分光器、光電子増倍管、デジタルオシロスコープにより検出するシステムを開発中である。

I. 数值模拟 (1) 概述对于数值模拟，我们开发了一个基于 SOLA-VOF 的程序，该程序结合了传热和凝固计算，该程序代码可以处理自由表面和表面张力的使用。关于凝固过程中潜热的处理，使用温度恢复法和圆柱坐标系中的100×60各向同性网格进行计算。所使用的假设是(a)颗粒和基底的材料均为Al_2O_3，即将与基底碰撞之前的颗粒具有球形形状，并且它们在T_0K的温度下均匀熔化。 (b) 环境温度恒定为 1000K。 (c) 假设颗粒周围存在薄膜，并且假设颗粒和大气之间的热传递是通过该薄膜发生的。 (d) 基材与颗粒完全热接触，且基材表面防滑。 (e) 假设流体内不产生热量。 (2) 迄今为止的进展到目前为止，我主要参与程序开发。到目前为止，已经在几种条件下进行了计算，但方案仍有一些修改的空间，目前的情况是尚未获得足够的结果。二、原位测量 (1)概述在热喷涂实验中，采用100kW级混合等离子喷涂装置对喷涂颗粒的颗粒参数进行原位测量。为了测量飞行颗粒的速度和颗粒尺寸，使用氦氖激光束根据颗粒散射光强度的变化来计算速度和颗粒尺寸。另外，为了测量颗粒与基板碰撞时的温度，使用分光计提取熔融颗粒发出的两个波长的辐射，并根据强度比测量颗粒的温度变化。 (2) 迄今为止的进展我们已经创建了一种将氦氖激光器和光纤连接到热喷涂装置上的夹具，目前正在开发一种使用光谱仪、光电倍增管和数字示波器来检测光强度的系统。