Разработка метода спрееобразования суспензий

Язык труда и переводы:
УДК:
621.01
Дата публикации:
06 июня 2022, 18:48
Категория:
Материаловедение и новые материалы в машиностроении
Авторы
Чжо Мьо Хтет
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Колпаков Владимир Иванович
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Папич Александр
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Аннотация:
Рассмотрены вопросы формирования облака спрея после взаимодействия ультраструи с преградой. Рассматриваются варианты различного взаимного расположения ультраструи и поверхности о которую происходит удар. Оценка эффективности выбора угла проводится путем анализа значений площади покрытия мишени спреем, установленной на фиксированном расстоянии от места удара. Принято, что большая площадь контакта спрея с поверхностью мишени есть лучший результат из возможных.
Ключевые слова:
ультраструйная обработка, суспензия, математическое моделирование процесса, технологические параметры
Основной текст труда

Введение

В настоящее время технологии ультраструйной обработки (УСО) находят широкое применение как в машиностроительных, так и в других отраслях промышленности. На сегодняшний день к новым областям применения ультраструйной технологии, основанной на известном гидроабразивном резании материалов, можно отнести следующие: ультраструйная диагностика металлов, керамики, композиционных материалов, обработка (стерилизация) жидкости, а также диспергирование гидротехнологических сред [1].

Осуществляется поиск все новых областей применения. Так, кафедра СМ-12 МГТУ им. Н.Э. Баумана запланировала серию теоретически и экспериментальных работ, направленных на оценку возможности пропитки материалов спреем. Сейчас задача ставится исходя общих представлений и в данной статье мы не будем говорить о конкретизации технологических идей и потенциально решаемых практических вопросов. Будем исходить из того, что пропитка должна обеспечить максимальную площадь контакта с мишенью. В качестве мишени может рассматриваться, например, ткань, натянутая и установленная в рамку, как показано на расчетной схеме.

Путем предварительного математического моделирования процесса можно оптимизировать параметры гидросуспензии и условия воздействия струи с поверхностью обрабатываемых деталей, прежде всего, по критерию максимальной площади покрытия ткани спреем [2].

В настоящей работе при моделировании учитываются и рассматриваются такие параметры как плотность гидросуспензии, диаметр ультраструи, ее скорость и угол встречи с лицевой поверхностью обрабатываемой заготовки, а также физико-механические характеристики поверхности обрабатываемого материала (ткань) [2].

Целью настоящей работы является разработка практических рекомендаций повышения эффективности обработки методом ультраструйного спрееобразования. Поставленная задача решалась численно посредством поэтапного моделирования процесса с использованием уравнений механики сплошной среды в среде программного комплекса ANSYS Autodyn (License Number: 339001) [3].

Теоретическая часть

Для исследования рассматриваемой технологии ультраструйного спрееобразования поверхности будем использовать параметрическую схему.

Параметрическая схема изучаемого процесса включает ультраструю диаметром d, вытекающую из фокусирующего сопла  со скоростью V под углом α к твердотельной мишени. После удара ультраструи о поверхность мишени формируется облако спрея, которое направляется в сторону пропитываемого образца.  В процессе исследования варьировался угол встречи струи с заготовкой α = 0°, 30°, 45°, 60° и скорость ультраструи с = 0,6, 0,8, 1  км/с, ρс = 1,0 г/см3 [4].

Для решения поставленной задачи необходимо также задать начальные и граничные условия. Для этого будем полагать, что скорость струи в начальный момент времени определяется величиной V = 0,8 км/с, принятой в расчетах постоянной величиной. Граничные условия для рассматриваемой задачи в рамках параметрической схемы можно разбить на две группы. А именно: на границе раздела двух взаимодействующих между собой сред (вода–заготовка) при наличии контакта всегда выполняется равенство нормальных напряжений и условие непротекания [4].

Поставленная пространственная задача решалась численно методом SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) в среде Ansys Autodyn и

представлены для одного и того же времениt = 30 с [4].

Интерес представляет не сам процесс взаимодействия ультраструи и поверхности мишени, а результат — пропитка спреем тканевого материалы преграды.

Следует отметить, что результаты моделирования позволяют выделить как площадь контакта, так и рассчитать то количество частиц, которые вступили во взаимодействие с тканевой мишенью.

Грант
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ, проект № 18-29-18081 и 19-38-90228\19, результаты исследований получены за счет средств Российского научного фонда гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки ведущих научных школ Российской Федерации НШ-3778.2018.8, грантов от фонда содействия инновациям по программе УМНИК-18 в соответствии с договором № 14727ГУ/2019 и № 14549ГУ/2019.
Литература
  1. Чжо М.Х. К вопросу эффективности различных методов диспергирования наносодержащих суспензий. Все материалы: Энциклопедический справочник, 2019, № 11, с. 2–7. https://doi.org/10.31044/1994-6260-2019-0-11-2-7
  2. Галиновский А.Л. Изучение параметров гидросуспензий полученных методом ультраструйной обработки. Наука и образование. Электронный журнал, 2012, № 10. URL: http://technomag.edu.ru/en/doc/468067.html (дата обращения 15.04.2022). http://doi.org/10.7463/1012.0468067
  3. Htet K.M., Galinovsky A.L., Provatorov A.S. Prospects for the Development of Ultra-Jet Dispersion Technology for Nanocontaining Suspensions. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2020, vol. 709, iss. 3. https://doi.org/10.1088/1757-899X/709/4/044092
  4. Бабкин А.В., Колпаков В.И., Охитин В.Н., Селиванов В.В. Численные методы в задачах физика быстропротекающих процессов. Т. 3. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006, 520 с.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.