[发明专利]一种冷喷涂的冷喷嘴的设计方法

摘要

本发明涉及一种冷喷涂的冷喷嘴的设计方法，冷喷嘴为圆形截面Laval喷嘴，首先确定喉部直径，然后确定出口直径，采用建模软件建立喷嘴初始尺寸模型及尺寸修改优化后的简化模型，对原始出口直径De和扩张段长度Ld进行优化。本发明基于材料条件及气体条件，通过分析材料及气体特点选择初始尺寸，之后通过CFD计算得到优化尺寸，可实现冷喷嘴的快速优化设计，同时针对不同喷涂材料及工艺条件完成各类喷嘴的专用设计。

主权项

一种冷喷涂的冷喷嘴的设计方法，其特征在于：冷喷嘴为圆形截面Laval喷嘴，包括收缩段和扩张段，喷嘴尺寸包括：入口直径Di、收缩段长度Lc、喉部直径Dt、扩张段长度Ld和出口直径De，设计步骤如下：步骤1、原始尺寸：首先确定喉部直径：依据气体种类限定气体质量流量后通过如下公式确定喷嘴喉部直径Dt：Dt=qmπpi4RTi(2γ+1)1γ-12γγ+1RTi]]>其中：qm为气流质量流量，γ为气体的比热比，Pi为气体压力，Ti为气体温度，R为理想气体常数；出口直径为：De=nDt2]]>其中：为扩张比，Ld为扩张段长度，根据预设压力和粉末选择；收缩段长度Lu设定为30mm～50mm；入口直径：Di≥10D1，其中：D1为送粉口直径；步骤2：采用建模软件建立喷嘴初始尺寸模型及尺寸修改优化后的简化模型，模型分三个区域，喷嘴收缩段，喷嘴扩张段及外流区域，外流区域含有喷涂基体；步骤3：将步骤2模型的输出的网格文件导入流体计算软件FLUENT，根据实际工作条件定义流体性质、喷涂材料，设置边界条件和流场初始化，开始迭代运算；步骤4、对步骤1的原始出口直径De和扩张段长度Ld进行优化：出口直径De的优化原则：气流存在严重过膨胀时缩小出口直径，气流存在严重膨胀不足时扩大出口直径；修改时，每次以0.2mm为单位在原始尺寸上进行增大或减小；扩张段长度Ld的优化原则：粒子速度是否大于临界沉积速度调整扩张段长度；修改时，每次以40mm为单位在原始尺寸上进行增大或减小；所述临界沉积速度为涂层形成的最小粒子速度，通过如下公式计算：vcr＝667‑14ρ+0.08Tm+0.1σu‑0.4Ti其中：ρ为材料密度，Tm为材料熔点，σu为极限强度，Ti为气体温度；出口直径De的优化原则：若气流存在严重过膨胀时缩小出口直径，气流存在严重膨胀不足时扩大出口直径；修改时，每次以0.6mm为单位在原始尺寸上进行增大或减小；每次修改后，重复步骤2‑步骤4。