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申请/专利权人：辽宁科技大学

摘要：本发明涉及一种悬浮热喷涂粒子撞击粗糙表面的全周期数值模拟方法，在SHVOF流场计算中引入化学动力学机理的EDC燃烧模型，有效预测喷涂粒子的温度和速度，并将其赋予到粒子撞击模型中；采用具有Weibull分布的逆变换采样方法生成粗糙表面初始数据；通过在初始表面数据上应用插值和平滑算法，得到最终的喷涂基体粗糙表面；通过数值运算和矩阵变换生成喷涂基体有限元模型的节点信息和8节点的六面体结构化网格单元信息；根据INP文件的书写格式将节点和单元信息整合到喷涂基体粗糙表面的INP文件；得到携带节点和单元信息的喷涂粗糙表面基体有限元模型；解决了含粗糙面有限元模型划分结构化网格困难的难题，为SHVOF喷涂撞击数值模拟的结果提供了准确性和真实性。

主权项：1.一种悬浮热喷涂粒子撞击粗糙表面的全周期数值模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：1利用前处理软件，根据喷枪内部几何尺寸及自由射流域尺寸建立参数化几何模型；2以步骤1建立的几何模型为对象，利用前处理软件采用四边形单元划分网格建立计算区域，对几何边界进行命名以设置边界条件参数；3对步骤2建立的计算区域设置气相模型，模拟气相流动；4以涡耗散概念EDC模型表述湍流燃烧反应，在EDC模型中引入化学动力学机理；5基于拉格朗日方法对焰流中离散相进行建模，采用开尔文-亥姆霍兹不稳定性Kelvin-Helmholtz和瑞利泰勒不稳定性Rayleigh-Taylor，即KHRT破碎模型描述悬浮液滴破碎；6对步骤2命名的边界设置边界条件，气体入口为质量流量入口，空气域边界为压力出口，枪管内壁及基体均为固定壁面；7求解器在二维、轴对称、稳态环境下对离散方程进行求解，使用压力关联方程的半隐式算法SIMPLE处理压力与速度耦合；8根据以上流场计算获得粒子结果，基于三维粗糙表面算法建立基体模型，基于python脚本语言建立包含不同粒径的随机多粒子模型，基于多粒子分布区域建立欧拉域；9以步骤8建立的基体模型为对象，装配欧拉域与基体的竖直中心轴线相重合，将多粒子模型移动到欧拉域中，将欧拉域采用结构化网格进行划分，并通过离散场将多粒子在欧拉域中进行离散；10定义材料属性，设置粉末粒子的材料模型及失效模型JohnsonCook本构参数以赋予几何模型材料属性；11定义分析步，利用显示动态求解算法计算，其中时间步长Timeperiod为1E-007，其余均采用默认设置；12定义接触，粒子与基体间使用面面接触算法，法向硬接触，切向摩擦接触，摩擦系数根据罚函数定义，即粒子与基体一旦接触不再分离；13施加边界条件，对基体施加面固定约束，将粒子位移限制在一个方向，将步骤7中后处理软件计算结果中获取粒子温度和速度作为粒子初始加载条件，提交任务Job计算及后处理；14通过可视化模块提取粒子碰撞基体过程温度场、应变场和应力场，最终完成全周期SHVOF热喷涂数值模拟。

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