粒子を含む高温噴流の熱流動解析

含有颗粒的高温射流的热力学分析

基本信息

批准号：
05240203
负责人：
神山新一
金额：
$ 0.51万
依托单位：
Tohoku University
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-05240203/
关键词：
噴流粒子乱流数値解析電磁場プラズマ溶射

项目摘要

粒子を含むプラズマ噴流が基板に衝突する場合の熱流動特性を精度よく解析するための数理モデルを構築した。特に、粒子の熱伝導率が低い場合には、粒子の内部温度分布をも考慮しなければならないので、高温噴流中での微粒子の挙動に関してラグランジュ法を適用して解析を行った。なお、高温噴流の特徴である流体の物性値の温度依存性と輻射損失の影響を支配方程式に組み込み、乱流モデルとしては、κ-εモデルを用いている。混入粒子として,粒径=10〜50μmのアルミナ,ニッケル,タングステンの3種類を選び,具体的な計算を行った結果,粒子が高温噴流中で溶融した状態で基板に到達し、均質な皮膜を形成するための最適な粒子径の条件を明らかにした。次に、粒子濃度が大きい場合に問題となる粒子の壁面への衝突と粒子間衝突を考慮した場合の垂直管内下降流を対象に粒子濃度分布の変化をモンテカルロ法を用いて解析し、無衝突の場合との比較により、衝突の影響を明らかにした。さらに,プラズマ噴流への電磁場の影響を明らかにするために、高周波電磁場を作用させた場合の粒子を含む高温噴流の熱流動解析を行い、電磁場の操作により噴流の温度場の制御が可能なこと、および注入粒子の融点到達温度を正確に予測してプラズマ溶射プロセスの最適条件を求め得る計算法を確立した。

构建了数学模型来准确分析含有颗粒的等离子射流与基底碰撞时的热流特性。特别是当颗粒的导热系数较低时，必须考虑颗粒内部的温度分布，因此我们应用拉格朗日方法来分析颗粒在高温射流中的行为。采用κ-ε模型作为湍流模型，将高温射流特性的流体物理性质的温度依赖性和辐射损失的影响纳入控制方程。我们选择了粒径为10至50μm的氧化铝、镍和钨三种混合颗粒，并进行了具体计算，结果，颗粒在高温射流中以熔融状态到达基材，形成。阐明了形成均匀膜的最佳粒径条件。接下来，我们使用蒙特卡罗方法来分析垂直管道中向下流动的颗粒浓度分布的变化，考虑到颗粒与壁的碰撞以及颗粒之间的碰撞，这是颗粒浓度较大时的影响。通过与的案例进行比较，这次碰撞得到了澄清。此外，为了阐明电磁场对等离子射流的影响，我们对施加高频电磁场时含有颗粒的高温射流进行了热水力分析，并证明可以控制我们建立了一种计算方法，可以通过操纵电磁场来精确预测喷射颗粒的熔点温度，并确定等离子喷涂过程的最佳条件。