mql氣泡霧化噴嘴下游流場數(shù)值模擬

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論文題目：學(xué)科專業(yè)：研究生：指導(dǎo)教師：MQL氣泡霧化噴嘴下游流場數(shù)值模擬機(jī)械制造及其自動化張敏肖繼明副教授摘要簽名：邋簽名：恥塑工業(yè)化進(jìn)程的加快帶來的環(huán)境污染已日趨嚴(yán)重。金屬切削加工業(yè)作為重要的工業(yè)領(lǐng)域，節(jié)能降耗，減小污染已迫在眉睫。本文針對金屬切削加工中廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)冷卻潤滑方式，研究開發(fā)了新的冷卻潤滑方式和系統(tǒng)，以期解決由此產(chǎn)生的污染問題。本課題具有重要的工程實(shí)際意義。小量冷卻潤滑(MQL)不僅冷卻潤滑效果好，且不會污染環(huán)境，是一種綠色冷卻潤滑方式。其中液體氣泡霧化方式具有霧化質(zhì)量高、耗液耗氣量小、工作壓力低等特點(diǎn)，在金屬切削加工中的應(yīng)用受到廣泛關(guān)注。本文在進(jìn)行大量分析研究的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一套切削液氣泡霧化系統(tǒng)，該系統(tǒng)以壓縮空氣為動力，形成氣泡兩相流，使切削液產(chǎn)生霧化。依據(jù)這一原理，設(shè)計(jì)了多孔氣泡霧化噴嘴，并對其霧化特性進(jìn)行了研究。建立了霧化噴嘴結(jié)構(gòu)的流體運(yùn)動模型，采用兩相流中描述顆粒運(yùn)動的歐拉．拉格朗日法，利用FLUENT有限元軟件對噴嘴的霧化特性進(jìn)行了數(shù)值模擬。分析結(jié)果表明霧化顆粒粒度與噴嘴口徑近似呈正比關(guān)系，與氣液流量比近似呈反比關(guān)系；霧化顆粒流速與氣液流量比和壓縮空氣壓強(qiáng)成正比，與噴嘴口徑成反比，而切削液流率對霧化顆粒流速的影響較為復(fù)雜，在切削液流率較小時，隨著它的增大霧化顆粒流速增大，但當(dāng)切削液流率達(dá)到一定值后，霧化顆粒流速反而會減小，顆粒流速隨著遠(yuǎn)離噴嘴口而逐漸減?。贿M(jìn)一步用正交分析獲得在氣液流量比O．2、壓縮空氣壓強(qiáng)0．4MPa和切削液流率3g／s的條件下，霧化顆粒粒度最小。此外，用所設(shè)計(jì)氣泡霧化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了初步實(shí)驗(yàn)，直觀地觀察了噴嘴口徑和切削液流率變化對霧化效果的影響，結(jié)果與數(shù)值模擬分析一致。表明 西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文行氣泡霧化噴嘴的設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)化是一種有效的途徑。；氣泡霧化；霧化特性；數(shù)值模擬西省教育廳專項(xiàng)科研基金(05JK274)的資助。 Major：MechanicalManufacturingandAutomationName：MinZHANGSupervisor：AssociateProf．JimingXIAOAbstractSignatu陽：絲塑鄉(xiāng)Signature：Withindustrialdevelopment，environmentalpollutionhasbecomesincreasinglysevere．Itisallimportantresearchsubjectthatenergysavinganddecontaminationinmetal—cuttingfields．AnewlubricationtechniqueandsystemWasdevelopedtosolvethepollutionproblemwhichbeenfromnOWcooling／lubricationmethodswidespreadusedinmetal—cuttingoperations．Ithasimportantengineeringmeaning．Minimumquantitylubrication(MQL)doesnotonlycooling／7lubricationeffectswell，butalsounabletopollutedenvironment．Liquideffervescentatomizinghasmanycharacteristicthatlli曲atomizingmass，littleliquidandairconsumptionandlowworkingpressure．Itsapplicationhasbeenregardedabroadinmetal-cuttingoperations．Asetofeffervescentatomizingequipmentofcutting-fluidwasdesignedbasedonalargeamountofanalyticalstudy．Theequipmenttakescompressedairaspowertoformairbubbletwo—phaseflowtoatomizecutting—fluid．Accordingtotheprinciple，amulti—apertureairbubbleatomizerWasdesignedanditsatomizingcharacteristicswereinvestigated．ThefluidmotionmodelWasbuiltaboutthestructureofatomizingnozzlebasedonEuler-Lagrangianmethodwhichdescribesparticlemotionintwophaseflow,TheatomizingcharacteristicofthenozzleWassimulatedandanalyzedwithFluentfiniteelementsoftware．Theresultsindicatethattheratiobetweenatomizingparticlessizeandnozzlediameterisalmostdirect，howevertheratiobetweenatomizingparticlesizeandair-liquidratioisalmostinverse；theratiobetweenatomizingparticlevelocityandair-liquidratioisalmostdirect，theratiobetweenatomizingparticlevelocityandcompress—airpressureisalsodirect，theratio 西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文betweenatomizingparticlevelocityandnozzlediameterisinverse，andtheinfluenceonatomizingparticlevelocitybyliquidflowrateisrelativecomplex，atomizingparticlevelocityincreaseswithcuttingfluidrateincreasingwhencuttingfluidrateislesser,butatomizingparticlevelocityinreversewhencuttingfluidratearriveatandefinitevalue；Withthedistancetonozzleincreasing，atomizingparticlevelocityisdecreasing．Itisacquiresthatminimumparticlesizewhenair-liquidratiois0．2，compress-airpressureis0．4MPaandcuttingfluidrateis3g／sbyorthogonalanalysis．Inaddition，theinitialexperimentofeffervescentatomizingequipmentwasimplemented，theinfluenceofdifferentnozzlediameterandcuttingfluidrateontheatomizationeffectwasobserveddirectly．Theresultsindicatethatthosearecoincidentwithnumericsimulationanalysis，anditisanefficientapproachtodesignandoptimizeparameterofeffervescentatomizerwithnumericsimulationmeans．Keywords：MQL；effervescentatomization；atomizationcharacteristic；numericalsimulationThisdissertationissupportedbyShaanXiProvinceeducationdepartmentspecialresearchfund(05JK274)． 目錄1緒論???????????????????????11．1本文研究的背景及意義????????????????11．2綠色切削技術(shù)的研究現(xiàn)狀???????????????．31．3MQL切削技術(shù)的研究現(xiàn)狀???????????????．51．4MQL尚待深入研究的問題???????????????．81．5本文研究的主要內(nèi)容????????????????．．92液體霧化基本理論及噴嘴霧化技術(shù)??????????????1l2．1液體霧化的基本理論????????????????．1l2．1．1液體霧化的基本過程??????????????．112．1．2液霧分布特性及測量技術(shù)?????????????132．2噴嘴霧化技術(shù)??????????????????．182．3氣泡霧化噴嘴技術(shù)?????????????????202．4本章小結(jié)???????????????????．．213MQL氣泡霧化系統(tǒng)設(shè)計(jì)?????????????????．233．1系統(tǒng)方案分析??????????????????．233．2系統(tǒng)設(shè)計(jì)???????????????????．．243．3霧化噴嘴設(shè)計(jì)??????????????????．．243．3．1設(shè)計(jì)思想?????????????????．．253．3．2噴嘴設(shè)計(jì)計(jì)算????????????????．263．4本章小結(jié)???????????????????．．284氣泡霧化噴嘴下游流場建模????????????????294．1FLUENT軟件簡介?????????????????．294．2兩相流中顆粒運(yùn)動的描述方法?????????????．．314．3Fluent兩相流數(shù)學(xué)模型???????????????．324．3．1Fluent軟件中兩相流模型的選擇???????????334．3．2離散相顆粒軌道方程??????????????．334．3．3．顆粒軌道計(jì)算步驟??????????????．．344．4霧化噴嘴下游流場建模及邊界條件設(shè)定???????????354．5本章小結(jié)???????????????????．．365氣泡霧化噴嘴下游流場特性分析??????????????．．375．1霧化特性的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)????????????????．375．2噴嘴參數(shù)及工況參數(shù)對霧化效果的影響???????????385．2．1霧化顆粒直徑的因素影響?????????????395．2．2霧化顆粒速度的因素影響?????????????39 西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文5．2．3工況參數(shù)對霧化顆粒直徑的正交分析?????????．．515．3噴嘴霧化顆粒軌跡模擬圖???????????????535．4氣泡霧化初步實(shí)驗(yàn)?????????????????545．5本章小結(jié)???????????????????．．566結(jié)論與展望????????????????????．．576．1本文的主要結(jié)論?????????????????．．576．2展望?????????????????????57致謝??????????????????????．58參考文獻(xiàn)??????????????????????59攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文????????????????．．62 第一章緒論1緒論1．1本文研究的背景及意義人口增長、環(huán)境惡化、資源匱乏已成為當(dāng)今世界人類共同面臨的嚴(yán)峻問題。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程愈演愈烈，如何建立生產(chǎn)與資源環(huán)境相互協(xié)調(diào)的發(fā)展模式，如何減少浪費(fèi)、提高人力和機(jī)械資源的生產(chǎn)力、促進(jìn)資源的合理配置己成為當(dāng)今企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展所要解決的首要問題。作為重中之重的機(jī)械制造行業(yè)正面臨著全新的挑戰(zhàn)。在金屬切削加工中使用切削液始于十八世紀(jì)后期，當(dāng)時金屬切削加工只能以很低的速度進(jìn)行。1883年，F(xiàn)．M．Taylor[1J發(fā)現(xiàn)將水澆注到切削區(qū)，可以有效提高切削速度并清除切屑。后來隨著對金屬切削加工質(zhì)量要求的不斷提高，又采用了動植物油作為切削液。這種油能在金屬表面形成比較牢固的吸附膜，降低加工表面粗糙度，但它易氧化變質(zhì)，使用期限較短。在不斷的生產(chǎn)實(shí)踐中，人們又試著將脂肪油跟礦物油摻合后作為一種混合油使用。后來，含硫、氯、磷等有機(jī)化合物和其他添加劑的非活性極壓油和活性極壓油應(yīng)運(yùn)而生。它們與金屬起化學(xué)反應(yīng)，形成高熔點(diǎn)、低剪切強(qiáng)度的固體潤滑膜，提高了切削液在高溫、高壓下降低摩擦和抗燒結(jié)的能力。隨著切削速度的不斷提高，切削溫度不斷升高，油基切削液不能完全滿足切削的要求，人們又開始重視水的冷卻作用，把油的潤滑性能與水的冷卻性能結(jié)合起來，促使了乳化液的應(yīng)用【2l?，F(xiàn)在又發(fā)展了低污染的切削液，如圖1．1所示。目前大部分機(jī)械零件的切削加工，尤其是自動化程度較高的數(shù)控機(jī)床、加工中心及自動生產(chǎn)線，I1883年F．M．Taylorl用水除硫、氯、磷等有機(jī)化合物、l非活性極壓油、活性極胍油圖1．1切削液的發(fā)展Fig．1-1Developmentofcuttingfluid絕大部分都是以使用切削液的濕式加工方式為主。此外，對一些難加工材料(如高硬度、高強(qiáng)度和高粘性)及一些特殊工序(如鉆削、銑削、磨削)濕式加工仍是目前最有效的方法之一。切削液作為濕式切削加工中重要的配套材料，在機(jī)械加工中的作用，如冷卻、潤滑、清洗和防銹等是不可或缺的。在今后相當(dāng)長的一段時間，使用切削液的濕式加工方法仍將是金屬切削加工中要用到的主要冷卻方法。然而，隨著切削液的廣泛使用和人們對環(huán)境保護(hù)及可持續(xù)發(fā)展意識的不斷增強(qiáng)，使用切削液的種種弊端和負(fù)面影響(圖1．2)也越來越明顯。 西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文圖1-2切削液的負(fù)面影響Fig．1—2Disadvantageinfluenceofcuttingfluid(1)污染環(huán)境傳統(tǒng)的濕式切削加工是以大量資源消耗和投放廢棄物為特征，切削液的參與比例很大，如德國，1997年金屬加工工業(yè)中所消耗切削液達(dá)80萬噸，且對加工過程中產(chǎn)生的三廢(廢氣、廢液、廢屑)采用末端治理技術(shù)，等到產(chǎn)生了廢棄物和污染后再處理，使治理污染的投入高，環(huán)保效果差。切削液對環(huán)境的危害主要是其廢液對水資源的污染問題。切削液主要分為油基和水基兩種，含有多種有毒化學(xué)成份。礦物油是切削液的主要成分之一，其生物降解性差，能長期滯留在水和土壤中。美國環(huán)保局指出：油對水生物有急性致死毒性，也有長期亞急性致死毒性，即不會導(dǎo)致生物死亡，但破壞其正常的生態(tài)。水中含油量超過10ppm(百萬分率)，就會使海洋植物死亡，含油300ppm可使淡水魚死亡。就算排放的廢液經(jīng)過嚴(yán)格的礦物油回收處理，其在水中的長期積累也不容忽視。此外，切削液的添加劑對環(huán)境的污染也是多方面的，如常用作極壓添加劑的短鏈氯化石蠟是海水污染物之一；在水基切削液中常用磷酸鈉作防銹劑，而研究證明，磷酸鹽類化合物的直接排放嚴(yán)重污染環(huán)境，會使河流、湖泊和海洋出現(xiàn)富營養(yǎng)化，出現(xiàn)藍(lán)藻和赤潮。還有切屑中帶有殘存切削液的問題。切削液或多或少總會存留在切屑上，大量堆積的切屑會污染土壤；切屑再生利用時切削液的有毒有害成分也會污染環(huán)境13J。(2)危害人身健康首先是對人體呼吸器官的危害，主要是在使用切削液時產(chǎn)生的油霧以及切削液散發(fā)的氣味。油基切削液在高速或重載切削條件下，產(chǎn)生高溫化學(xué)反應(yīng)，釋放刺激性的有害氣體和油霧，燃點(diǎn)和黏度越低，煙霧就越大，污染越嚴(yán)重。其次，切削液中的添加劑具有毒性。水基切削液為改善切削性能加入了各種添加劑，如極壓劑、防銹劑、防霉劑等。普通水基液含有數(shù)10種不同的化學(xué)成份，而且在使用中遇高溫時會形成新的化合物，對人體健康危害較大。如常用效果較好的防銹劑是亞硝酸鈉，亞硝酸鹽類化合物可以使人體中毒，長期接觸會致癌。作為殺菌劑使用的苯酚類物質(zhì)毒性也很大。三是對人體皮膚的危害。常用作極性添加劑的氯化合物潤滑性能好，但刺激人們的皮2 第一章緒論膚和眼睛；甲醛類化合物對人體刺激也很大，使眼睛流淚，且能致癌。礦物油、表面活性劑的脫脂作用，或因防腐殺菌劑的刺激性以及無機(jī)鹽、有機(jī)胺等堿性物質(zhì)的作用，均會使皮膚干燥、裂口、紅腫而發(fā)生皮炎。美國GeneralMoter汽車公司通過專門的綜合調(diào)查，對直接接觸切削液的機(jī)床操做工、不直接接觸切削液的裝配工和從未在機(jī)床上工作過的三類人群進(jìn)行了比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)機(jī)床操做工患呼吸系統(tǒng)疾病，如咳嗽、呼吸困難、慢性支氣管炎、鼻炎的較多14J。(3)增加生產(chǎn)成本德國VDMA和日本精密工程協(xié)會的研究表明，由于切削液的供給、保養(yǎng)、處理設(shè)備的折舊等費(fèi)用，以及切削加工中采用切削液所引起環(huán)保的相關(guān)費(fèi)用，約占零件制造成本的12％--一17％(圖1．3)；磨削加工中切削液的費(fèi)用甚至高達(dá)制造成本的30％左右。由于這些費(fèi)用包含在間接費(fèi)用之中，因而常常被低估。據(jù)測算，如果金屬切削加工中20％的采用于式切削，總的制造成本可降低16％。存在著降低產(chǎn)品成本的巨大潛力15J。78哆扣85％的其它費(fèi)用圖1-3傳統(tǒng)加工中的費(fèi)用組成Fig．1-3Costcompositionintraditionalmachining由此可見，切削液的負(fù)面問題顯然和可持續(xù)發(fā)展思想格格不入，許多國家已制定了嚴(yán)格的工業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)，限制切削液的使用。因此，本文要從切削液的用量入手，研究開發(fā)新的冷卻潤滑方法。1．2綠色切削技術(shù)的研究現(xiàn)狀綠色切削技術(shù)是一種充分考慮環(huán)境和資源問題的加工技術(shù)，它要求在整個加工過程中做到對環(huán)境的污染最小和對資源的利用率最高。目前國內(nèi)外對綠色切削的研究主要集中在干式切削和半干式切削兩個方面。a．干式切削干式切削【641是指在切削加工中不使用切削液的加工方法，它從源頭上消除了切削液帶來的一系列負(fù)面影響。干式切削的實(shí)施，并不是簡單地停止使用切削液，還包括對機(jī)床、工件，特別是刀具在內(nèi)的整個工藝系統(tǒng)進(jìn)行全面的考慮。由于干式切削具有比濕式切削高的切削溫度，要實(shí)現(xiàn)干式切削，要求刀具材料必須具有高的紅硬性、耐磨性、熱韌性和熱化學(xué)穩(wěn)定性，且切 西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文屑、工件和刀具間的摩擦系數(shù)要盡量的小，刀具結(jié)構(gòu)要便于排屑，刀具強(qiáng)度和沖擊韌性要高；機(jī)床應(yīng)盡可能是超高速切削機(jī)床，并配有吸塵、排屑裝置【舯】。對于工件而言，其材質(zhì)的熱特性是決定是否適宜干式切削的重要因素。一般說來，材料的熔點(diǎn)越高，熱傳導(dǎo)系數(shù)和膨脹系數(shù)越小越適于干式切削；大質(zhì)量LLd,質(zhì)量工件越適于干式切削。美國LeblondMakino公司用陶瓷刀具和CBN刀具對鑄鐵進(jìn)行高速干式切削的結(jié)果表明，高速切削時，產(chǎn)生的熱量聚集于刀具前部，使切削刃附近工件材料達(dá)到紅熱狀態(tài)，屈服強(qiáng)度明顯下降，材料去除率顯著提高【l們。b．半干式切削基于干式切削對刀具、機(jī)床和工件的上述特殊要求，完全的干式切削應(yīng)用范圍很窄，而傳統(tǒng)的濕式切削又有諸多的不足，若將兩者合理地結(jié)合，既可滿足加工要求又可使與切削液的相關(guān)費(fèi)用降低，這就是介于干式切削與濕式切削之間的半干式切削【¨】。目前使用的半干式切削方法主要有：低溫風(fēng)冷切削、液氮冷卻切削和小量潤滑切削MQL(MinimumQuantityLubrication)。圖1．4所示為目前主要的綠色切削技術(shù)。圖14主要綠色切削技術(shù)Fig．1-4Majorgreencuttingtechnique(1)低溫風(fēng)冷切削低溫風(fēng)冷切削是采用一10～一500C的冷風(fēng)強(qiáng)烈沖刷加工區(qū)的一種方法(如圖1．5)。它可以顯著均勻地降低加工區(qū)的溫度，有效地抑制刀具磨損，提高刀具壽命，改善加工表面質(zhì)量。若在冷風(fēng)中供給微量潤滑油，則改善效果更為明顯。目前常用的介質(zhì)有空氣、N2(有液氮蒸發(fā)和常溫氮?dú)饫鋮s到所需溫度兩種方式)和C02(干冰蒸發(fā))等【2彤】。4．10—．50℃的圖1．5低溫風(fēng)冷Fig．1-5Gascoolinginlowtemperature曰 第一章緒論(2)液氮冷卻切削液氮冷卻切削是采用液氮使工件、刀具或切削區(qū)處于低溫冷卻狀態(tài)而進(jìn)行切削加工，利用材料的低溫脆性，使其在韌性降低、塑性減小的情況下完成切屑與工件的分離(如圖1．6)【14】。利用材料的低溫脆性圖1-6液氮冷卻Fig．1．6Liquidnitrogencooling曰(3)MQL切削MQL切削是將壓縮空氣與少量的切削液混合后，噴射到切削區(qū)，對刀具和工件進(jìn)行冷卻潤滑(如圖1．7)。MQL技術(shù)可以大大減少刀具、工件及切屑間的摩擦，起到抑制溫升，減少刀具磨損，防止粘結(jié)和提高工件加工質(zhì)量的作用。它使用的切削液很少，且大部分被蒸發(fā)，這就使切削液量大大減少，隨之處理費(fèi)用也大幅下降，不但提高了加工效率，而且不會對環(huán)境造成污染【15‘17】。壓縮空氣微量切削液圖l-7MQL切削Fig．1-7Minimumquantitylubricationcutting以上三種切削，以低溫風(fēng)冷和液氮冷卻所需裝置條件復(fù)雜，且存在較多技術(shù)難題，應(yīng)用范圍受到了極大限制，而MQL則沒有這些問題，其供給系統(tǒng)簡單易實(shí)現(xiàn)，體積小易于布局，應(yīng)用前景廣闊。1．3MOL切削技術(shù)的研究現(xiàn)狀目前，MQL切削技術(shù)主要用于對鑄鐵、鋼和鋁合金進(jìn)行鉆孔、鉸孔和攻絲加工，以及各種材料的深孔鉆削和鋁合金的端面銑削等。表1．1所列為MQL技術(shù)及與其它冷卻技術(shù)結(jié)合的一些應(yīng)用實(shí)例(18-231。 西安理工大學(xué)項(xiàng)士學(xué)位論文表1一lMQL技術(shù)應(yīng)用實(shí)例Tab．1—1MQLtechnologyexamplesapplication加工材料加工方法潤滑方式切削液及用量使用效果銑削20ml／h鋁合金MQL比澆注式效果好。(較高速、高進(jìn)給)植物油銑削30ml／h(速度<50m／min)植物油對抑制刀具磨損十分有利。車削9．6ml／h(普通速度)水溶性油與澆注式水平相同。454鋼MQL車削含極壓劑有效延長刀具磨損。(普通速度)車削200ml／h降低切削力和進(jìn)給力、減小切(低速、高進(jìn)給)水溶性油削力的變化幅度。ASSAB銑削8．5ml／h大大降低切削力、減小刀具磨718HH鋼(低速、低進(jìn)給)MQLBPILORA128損、改善加工表面質(zhì)量、減小毛刺。鈦合金高速切削MQL與澆注式還有差距。高硅合金MQL+延長刀具壽命、抑制積削瘤、不銹鋼低溫風(fēng)冷提高表面加工質(zhì)量。MQL+能在切削區(qū)潤滑困難的連續(xù)切不銹鋼車削水霧冷卻削中有效發(fā)揮作用。目前，美國MQL已經(jīng)進(jìn)人汽車工業(yè)中，NCMS(國家制造科學(xué)中心)制定了對鋁合金加工進(jìn)行大規(guī)模研究的計(jì)劃。在此計(jì)劃中，對于A356鋁合金，以一把鉆頭鉆削10000個直徑6mm，深度20mm的孔為目標(biāo)。根據(jù)所掌握資料，與MQL相比，干切削中采用沒有涂層的一般鉆頭只能加工25個孔，即使采用最佳涂層的刀具，最多也就是5000個左右，而采用MQL就可以鉆削10000個孔【241。德國MQL裝置近幾年來每年有15000套的市場(如圖l一8)，而且還將進(jìn)一步增加。MQL與新型刀具的結(jié)合使用也有很大的優(yōu)勢。預(yù)測，在未來兩三年內(nèi)，德國制造的加工中心中將有5％用MQL與涂層刀具相結(jié)合來取代澆注式冷卻1251。6 第一章緒論工業(yè)部門機(jī)床k5％fch24％45％曩汽車制造業(yè)b汽車配件業(yè)c機(jī)床制造業(yè)d手工業(yè)e其它工業(yè)f高速加工銑床g加工中心h專機(jī)j普通機(jī)床k其它機(jī)床圖1．8小量潤滑的應(yīng)用狀況Fig．1—8Applicationstatusofminimumquantitylubricationg10％結(jié)合對MQL切削技術(shù)的理論和實(shí)踐分析，MQL切削雖然不能滿足所有切削條件下(如高速切削)對各種金屬的切削加工，但其在金屬切削加工和環(huán)保方面的優(yōu)勢已得到公認(rèn)。在此將MQL切削的工藝效果歸納為如下幾點(diǎn)：(1)減少切削液的用量，減少污染，降低生產(chǎn)成本美國Tbyssen公司將潤滑系統(tǒng)集成在主軸中，其流量由CNC程序控制，該單元在6．5s時間內(nèi)可鉆削直徑8mm、中心距為20mm的孔lO個，每小時使用潤滑油僅一杯，且大部分被蒸發(fā)，切屑中切削液含量大大減少，因此處理費(fèi)用大幅降低f2倒。(2)減小切削力，降低動力消耗圖1-9所示為采用不同冷卻潤滑方式時切削力的比較【21丌。可以看出，MQL切削時切削力較小于澆注式和純空氣切削。加T距離／m碳素鋼端面銑削。切削速度為90re／rain圖1．9切削力比較Fig．1-9Comparisonofcuttingforce(3)強(qiáng)化切削液的使用效果，減少刀具磨損，延長刀具壽命圖1．10所示為采用不同冷卻潤滑方式時的刀具后刀面磨損情況【271?？梢悦黠@看出，7 西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文MQL切削時的刀具后刀面磨損寬度明顯小于使用澆注式和純空氣式切削。表明MQL技術(shù)增強(qiáng)了切削液的滲透性，使其容易達(dá)到切削區(qū)，強(qiáng)化了切削液的使用效果，從而使刀具磨損減小，壽命延長。O．35O．3g0．25g趣0．2懈輜0．15讎0．10．05O_、廠．◆一氏◆蘆一▲YV 第一章緒論化顆粒過小時易飄散到空中，而被人體吸入，不符合綠色制造工藝的要求。因此，在研究切削液霧化顆粒的大小和分布的同時必須控制霧化顆粒的大小和濃度，以及進(jìn)行防護(hù)技術(shù)的研究。(3)MQL切削液輸送方位、出口壓力及用量的優(yōu)化一般來講，內(nèi)噴法比外噴法更能迅速有效地對切削區(qū)進(jìn)行冷卻潤滑，特別適合于封閉式切削，但刀具結(jié)構(gòu)復(fù)雜。試驗(yàn)表明，對于外噴法，不同的噴嘴方位、噴嘴出口壓力及切削液用量對刀具磨損的影響明顯不同，需研究其優(yōu)化的組合關(guān)系。(4)MQL切削技術(shù)與其它技術(shù)結(jié)合的研究高速切削難加工材料時產(chǎn)生的大量熱量不能及時散去，切削溫度迅速升高，致使切削液的潤滑性能急劇下降，使用效果變差。試驗(yàn)表明，MQL切削技術(shù)能夠提供和傳統(tǒng)澆注切削相當(dāng)甚至更好的潤滑性能，但其冷卻效果卻不盡人意。因此，將MQL技術(shù)與新型刀具(材料)或低溫風(fēng)冷、水霧冷卻等技術(shù)結(jié)合的研究也需進(jìn)行。(5)MQL切削液霧化裝置的開發(fā)MQL切削技術(shù)的工藝效果已得到公認(rèn)，限制其早日投入生產(chǎn)實(shí)際，得以廣泛應(yīng)用，充分發(fā)揮其效能的最大障礙是切削液霧化裝置或系統(tǒng)。在進(jìn)行以上研究工作的同時，必須重視適于不同加工方式各種切削液霧化裝置或系統(tǒng)的研究開發(fā)。1．5本文研究的主要內(nèi)容本文設(shè)計(jì)的是小量潤滑(MQL)型切削液霧化系統(tǒng)，主要進(jìn)行了氣泡霧化噴嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其下游流場的特性分析。具體研究內(nèi)容及方法如下：(1)在對液體霧化原理及相關(guān)技術(shù)大量分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一套切削液氣泡霧化系統(tǒng)；(2)結(jié)合噴嘴結(jié)構(gòu)和兩相流理論運(yùn)用流體動力學(xué)分析軟件CFD中的Fluent軟件對氣泡霧化噴嘴下游流場進(jìn)行數(shù)值模擬及噴嘴霧化特性分析；①以噴嘴下游流場為研究對象，用CFD的前處理器Gambit進(jìn)行建模；②合理設(shè)置邊界條件；③計(jì)算連續(xù)相流場；④創(chuàng)建霧化顆粒源并計(jì)算顆粒(離散相)軌跡；⑤進(jìn)行相間耦合計(jì)算直到收斂；⑥分析噴嘴參數(shù)及工況參數(shù)對噴嘴霧化效果(霧化顆粒直徑和速度)的影響。(3)對所設(shè)計(jì)的切削液氣泡霧化系統(tǒng)進(jìn)行初步實(shí)驗(yàn)。本文各章內(nèi)容安排如下：第一章緒論介紹課題的背景及研究意義，分析綠色切削技術(shù)和MOL的研究現(xiàn)狀并提出MOL尚待研究的問題，確定本課題研究的內(nèi)容和方法；第二章液體霧化基本理論及噴嘴霧化技術(shù)分析研究液體霧化的基本理論和噴嘴霧9 西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文化技術(shù)，確定小流量冷卻潤滑系統(tǒng)的霧化方法；第三章氣泡霧化系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)氣泡霧化的基本原理設(shè)計(jì)切削液的霧化系統(tǒng)；第四章氣泡霧化噴嘴下游流場數(shù)值模擬利用流體力學(xué)分析軟件Fluent對泡霧化噴嘴下游流場建立流體運(yùn)動模型。第五章氣泡霧化噴嘴下游流場特性分析及初步實(shí)驗(yàn)分析噴嘴參數(shù)和工況參數(shù)對霧化噴嘴下游流場(霧化顆粒平均直徑和速度分布)的影響。第六章結(jié)論與展望對本文的研究工作做以總結(jié)并對今后的工作進(jìn)行展望10 第二章液體霧化基本理論及噴嘴霧化技術(shù)2液體霧化基本理論及噴嘴霧化技術(shù)2．1液體霧化的基本理論2．1．1液體霧化的基本過程液體的霧化過程實(shí)質(zhì)上就是通過某種方法將具有一定體積的液體破碎，使之成為由許多微小顆粒組成的液滴群。液體的霧化過程是外力(液體壓力、氣動力等)與液體的表面張力和粘性之間相互競爭的過程，液體的表面張力試圖使液體保持球形(此時液滴的表面能最小)，而液體的粘性則阻礙液體的變形，當(dāng)外力作用足以克服表面張力和液體粘性時，液體就會破碎成為許多液滴。在研究液體霧化時，我們首先應(yīng)該了解液滴的破碎模式和破碎過程。對于處于空氣流場中液滴的破碎模式的研究可以追溯到二十世紀(jì)初，Lenardl281和Hochschwenderl291分別研究了自由下落的大液滴和小液滴在穩(wěn)態(tài)氣流中的破碎。此后許多學(xué)者都對液滴的破碎過程進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)和理論研究，文獻(xiàn)【29】利用高速攝影技術(shù)揭示了在不同氣流作用下液滴的破碎主要具有以下三種模式，如圖2一l所示。(1)當(dāng)液滴處于平行或旋轉(zhuǎn)氣流中時，球形液滴首先被壓扁成橢球形，然后破碎(圖2—1a)；(2)當(dāng)液滴處于平行雙曲線形或庫特流形氣流中時，球形液滴首先被拉伸成雪茄形狀，然后破碎(圖2．1b)；(3)當(dāng)液滴處于不規(guī)則氣流中時，在液滴上會形成凸起的褶皺部分，并逐漸與本體分離，形成大量微小顆粒(圖2．1c)，此即表面剝離式破碎模式。◇一一o(a)橢球形(b)雪茄形(c)褶皺形圖2．1球狀液滴破碎的主要模式Fig．2-lBreakupmodeofdroplet在穩(wěn)定氣流中，液滴的破碎主要受氣動力(dynamicpressure)、表面張力(surfacetension)和粘性力(viscousforces)控制。對于低粘度液體，液滴破碎則主要受氣動力和表面張力影響，當(dāng)二者相等時，液滴開始破碎，因此有co孚o．5成訴：萬D盯(2．1)葉式中：C【廣_系數(shù)。肛液滴直徑； 西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文卜表面張力系數(shù)。將上式寫成無量綱形式為：—PAU—；D：旦(2．2)orCD‘。上式左端稱為韋伯?dāng)?shù)We[3們，即氣動力與液體表面張力之比。上式右端即為液滴破碎的臨界肼‰(即液滴破碎時的韋伯?dāng)?shù))的值。為了考慮粘性對破碎的影響，Hinze[3]1定義了另外一個無量綱數(shù)z，即昂色格(Ohnesorge)數(shù)：Oh=誓=赤ptcrd)(2．3)R(u’、因此，粘性液滴破碎的臨界韋伯?dāng)?shù)耽衄可以表示成：耽眥=耽們，【1+廠(鰳)】(2．4)式中：耽。，——無粘性臨界韋伯?dāng)?shù)。當(dāng)韋伯?dāng)?shù)大于臨界韋伯?dāng)?shù)時，液滴將開始破碎。液滴射流破碎模式是另外一個需要了解的問題。當(dāng)液體通過噴嘴以連續(xù)的液柱形式噴射時，氣動力、表面張力、粘性力之間的競爭使得射流在其表面產(chǎn)生振蕩和波動，當(dāng)波動幅度增大到一定程度，液體射流就會發(fā)生破碎。Reyleight321最早對無粘性射流進(jìn)行了理論分析，并首先提出射流擾動結(jié)構(gòu)的表面勢能E?？梢员硎緸椋篍=等(廠2+甩2一1)壤(2．5)式中：d——射流直徑(mm)；以——Fo面er常數(shù)；7——無量綱波數(shù)，7=2zr／2。允——波長(mm)。當(dāng)擾動是非對稱時，E>0，射流是穩(wěn)定的，不會發(fā)生破碎；而當(dāng)射流受到對稱擾動時，E<0，擾動幅度會被放大，最終導(dǎo)致射流的破碎。破碎后液滴的直徑為：D=1．89d(2．6)Weber進(jìn)一步發(fā)展了Reyleigh的理論，提出對于無粘性液體射流，破碎的最佳擾動波長為：b=～／2n'd(2．7)而對于粘性射流，破碎的最佳波長為：‰2勵卜器J億功Haenlein[331利用實(shí)驗(yàn)手段驗(yàn)證了Weber理論的正確性，并進(jìn)一步提出液體射流破碎的四種模式：(1)液滴的形成不受氣流的影響，而僅受表面張力的影響，即Reyleigh破碎模式。12 第二章液體霧化基本理論及噴嘴霧化技術(shù)破碎是由于擾動使得射流表面形成軸對稱振蕩波，該波動在表面張力作用下振幅不斷增大，最終導(dǎo)致液柱的斷裂和破碎。(2)液滴的形成主要受氣體流動和表面張力的影響，即第一類風(fēng)生破碎模式(FirstWind．inducedBreakupRegime)。由于液體射流與氣體之間的相互作用增強(qiáng)了表面張力的作用，使液柱表面各點(diǎn)的曲率發(fā)生變化，造成液柱內(nèi)部壓力分布不均，并迫使液體向曲率半徑大的方向流動，從而導(dǎo)致射流的破碎。(3)液滴的形成主要受射流表面波長的影響，即第二類風(fēng)生破碎模式(SecondWind—inducedBreakupRegime)。破碎是由于射流在氣動力作用下，在表面形成非穩(wěn)態(tài)增長的小波長(正弦擾動波)，最終導(dǎo)致射流破碎。在此過程中表面張力對擾動的增長起抑制作用，即阻礙了射流的破碎。(4)射流的完全破碎模式，即霧化模式(AtomizationRegime)。液體射流在噴嘴出口就發(fā)生破碎，形成直徑很小的液體顆粒群。至今，人們對于這種破碎模式的具體機(jī)理和原因還沒有完全研究清楚，一般認(rèn)為是液氣相互作用形成的壓力波造成的，同時氣液之間的相會剪切也是原因之一。2．1．2液霧分布特性及測量技術(shù)a．液霧尺寸分布特性(1)液滴尺寸分布表達(dá)式液體被霧化后的液滴群一般由大小不等的液滴顆粒組成，為了描述和評定液滴群的霧化質(zhì)量和表示其霧化特性，需要一個既可以表示顆粒直徑大小又可以表示不同直徑顆粒的數(shù)量或質(zhì)量的表達(dá)式，即所謂的液滴尺寸分布表達(dá)式?，F(xiàn)在普遍應(yīng)用的液滴分布表達(dá)式都是經(jīng)驗(yàn)公式，至今還沒有從理論上得到能夠詳細(xì)描述液體顆粒分布的表達(dá)式。對于液滴尺寸分布的描述一般有以下四種形式【34】：①數(shù)量積分分布：大于(或小于)給定直徑d。的液滴數(shù)N占液滴總數(shù)N。的百分?jǐn)?shù)，稱為液滴的數(shù)量積分分布，用N／N。表示。②重量積分分布：大于(或小于)給定直徑d；的液滴重量W(或容積V)占液滴總重量wj(或容積Vo)的百分?jǐn)?shù)，稱為液滴的重量積分分布，用形／Wo(或v／r'o)表示。③液滴數(shù)量的微分分布：在直徑范圍d；±d(d，)／2內(nèi)，液滴數(shù)量的增量dN占液滴總數(shù)N。的百分?jǐn)?shù)，稱為液滴數(shù)量的微分分布，用dN／Nod(d,)表示。④液滴重量的微分分布：在直徑范圍d；±d(d，)／2內(nèi)，液滴重量(或容積)的增量dW(或dy)占液滴總重量Wo(或總?cè)莘eVo)的百分?jǐn)?shù)，稱為液滴重量的微分分布，用dI,V／Wod(d,)或d礦／rod(d,)表示。以上分布的典型曲線如圖2．2所示。由于理論上還不能找出這些分布的具體形式，因此只能依靠經(jīng)驗(yàn)來建立經(jīng)驗(yàn)公式，大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，其數(shù)量微分分布大體可以用下式表示： 西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文型L：口d,[,e-td7d(4)式中：a、b、rfl、n都是常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定。(2．9)圖2—2液滴尺寸分布曲線Fig．2-2Dropsizedistributingcurve大多數(shù)研究者所提供的噴嘴霧化尺寸分布表達(dá)式都是基于式(2．9)得到的。較為著名的有：①Rosin．Rammler分布：其表達(dá)式為月：旦：當(dāng)：1一P一耖(2．10)％‰、7式中：肛一滴徑小于di的液滴重量(或容積)占液滴總重量(或總?cè)莘e)的百分?jǐn)?shù)；d——特征直徑，指重量(或容積)分布中(1-R)=l／e所對應(yīng)的滴徑；N_顆粒均勻度指數(shù)，該值越大表示顆粒直徑越均勻。②Nukiyama．Tanasawa分布：該分布比較適用于對于直流噴嘴霧化顆粒進(jìn)行描述，其數(shù)量微分分布表達(dá)式為黑：口彳exp(一叫)(2．11)d(4)‘一?、其中，b、n用試湊法求出。③對數(shù)正態(tài)分布：其表達(dá)式為一dR：車(萬2y2)(2．12)Jr_exp(OY1——2—7==J【Z．a(chǎn)y、／刀式中，Y=In(d／do)，J為實(shí)驗(yàn)常數(shù)。(2)液滴平均尺寸分布表達(dá)式實(shí)際的液霧中液滴尺寸大小不一，為了分析問題的方便，采用了平均液滴尺寸的概念。平均液滴尺寸的定義是一個假想均勻尺寸的噴霧，它在某些方面的特征參數(shù)(或特性)與實(shí)際不均勻噴霧的相同，這個假想均勻噴霧的液滴尺寸稱為平均尺寸。平均液滴直徑常用14 第二章液體霧化基本理論及噴嘴霧化技術(shù)的有質(zhì)量中間直徑(MMD)和索太爾(Sauter)平均直徑，常以SMD或D蛇表示。質(zhì)量中間直徑定義為在這直徑之上或之下的液滴質(zhì)量是50％；索太爾平均直徑的物理意義為液霧內(nèi)全部液滴的總體積與總表面積的比值，用公式表示為：r一刃刪泐-D3：2莆麗Q_3’乜‘b．液霧測量技術(shù)及設(shè)備(1)液霧測量技術(shù)概述進(jìn)行任何一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究，都離不開測量技術(shù)的支持。測量技術(shù)的先進(jìn)與否，代表了實(shí)驗(yàn)研究水平的高低。在噴嘴霧化特性諸參數(shù)中，最為難測量的是霧化后的液滴尺寸和尺寸分布，而這兩個參數(shù)又是衡量噴嘴霧化特性優(yōu)劣的不可缺少的指標(biāo)。因此，噴嘴霧化特性的實(shí)驗(yàn)研究實(shí)際上主要是圍繞發(fā)展和提高液滴尺寸及其分布的測量技術(shù)而展開的。數(shù)十年來，己經(jīng)出現(xiàn)了多種測量液滴尺寸及其分布的方法，綜合而論，可分為接觸式和非接觸式測量兩大類，如圖2．3所示。凍結(jié)法接觸式涂層印痕法液霧測量技術(shù)激光散射、衍射測量技術(shù)普通照相法非接觸式引憎II黜全息照相測霧技術(shù)激光干涉相位多普勒測霧技術(shù)三維激光相位多普勒測霧技術(shù)圖2．3液霧測蕈技術(shù)Fig．2—3Liquid-mistmeasUl'etechnique早期的測量技術(shù)多屬于接觸式，如凍結(jié)法和涂層印痕法【321。①凍結(jié)法是將加熱融化的石蠟液體噴入到一個相對低溫的環(huán)境中，于是噴出的液體被迅速冷卻，凝固成大小不等的顆粒，將這些顆粒收集，然后通過照相或光學(xué)顯微技術(shù)測量以上顆粒的直徑，并按照不同的尺寸分組計(jì)算或稱量，得到液霧群的平均直徑和尺寸分布。②涂層印痕法則是將涂有氧化鎂等膠質(zhì)涂層材料的取樣板置于噴霧場中，通過測量液滴在取樣板上留下的印痕來確定顆粒直徑和尺寸分布。另外，早期還發(fā)展有一些非接觸式的測量方法，如普通照相法、光掃描法、閃光照相法等129】。但由于以上方法存在技術(shù)上的種種缺陷，沒有得到普遍的應(yīng)用。二十世紀(jì)60年代激光器的出現(xiàn)，特別是激光技lS 西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文術(shù)與高度靈敏、高頻相的光電檢測技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理相結(jié)合的系統(tǒng)出現(xiàn)以后，非接觸式測量技術(shù)進(jìn)入了一個新紀(jì)元。近年來，激光測霧技術(shù)的發(fā)展主要在以下幾個方面：①利用粒子散射、衍射原理發(fā)展的激光散射、衍射測量技術(shù)；②利用激光全息原理發(fā)展的全息照相測霧技術(shù)；③利用激光干涉多普勒測速原理的相位多普勒測速、測霧技術(shù)；④三維激光相位多普勒LDV／APV(LaserDopplerandadaptivephase／Doppler)方法。所有這些技術(shù)目前都隨著測量元件和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展而日益完善，可滿足對霧化特性試驗(yàn)研究和工程測量的需要。(2)激光多普勒效應(yīng)【35】當(dāng)激光照射到相對運(yùn)動的物體上時，被物體散射(或反射)的光的頻率將發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為光的多普勒效應(yīng)。相應(yīng)地，將散射(或反射)的光的頻率與光源光頻率的差值稱為多普勒頻移。如同聲波的多普勒效應(yīng)一樣，光源與物體相對運(yùn)動時也具有多普勒效應(yīng)。但是在激光器出現(xiàn)以前，要得到頻譜窄、能量集中的光源是不容易的。激光作為一種新型光源的出現(xiàn)為利用光波的多普勒效應(yīng)創(chuàng)造了條件。在激光多普勒測速儀中，依靠運(yùn)動微粒散射光與照射光之間光波的頻差(或稱頻移)來獲得速度信息。這里存在著光波從(靜止的)光源_÷(運(yùn)動的)微粒_(靜止的)光檢測器三者之間的傳播關(guān)系。當(dāng)一束具有單一頻率的激光照射到一個運(yùn)動微粒上時，微粒接收到的光波頻率與光源頻率會有差異，其增減的大小與微粒運(yùn)動速度以及照射光與速度方向之間的交角有關(guān)。如果用一個靜止的光檢測器(如光電倍增管)來接收運(yùn)動微粒的散射光，那么觀察到的光波頻率就經(jīng)歷了兩次多普勒效應(yīng)。多普勒總頻移量的關(guān)系式可以推導(dǎo)如下：設(shè)光源為O，運(yùn)動微粒P和靜止的光檢測器S之間的相對位置如圖2—4所示。照射光的頻率為厶，粒子P的運(yùn)動速度為U。根據(jù)相對論變換公式，經(jīng)多普勒效應(yīng)后粒子接受到的光波頻率為：1-盟，’一，J—j0C(2．14)式中：％——入射光單位向量：c——介質(zhì)中光的傳播速度。當(dāng)U．％<B>C。52 第五章氣泡霧化噴嘴下游流場特性分析表5．6方差分析表Tab．5—6AnalysisofvarianceSourceTypeIIIsumofSquaredfMeanSquareFSig．CorrectedModel70167．333(a)61694．55644．2420．022Intercept14689．000114689．000509．5420．002A4788．66722894．33386．6120．0llB1434．00021717．00025．4110．038C1944．66721072．33320．7020．046Error528．66722“．333Total25385．0009CorrectedTotal7696．0008．：‘‘：v?、警：鬈、辮+．．如．．毋菠麓；∥∥。毒參鼗麟；～。7．：．：¨?！ぁ?之一羔醚。0≯^ 西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文圖5-24是氣泡霧化噴嘴的霧化顆粒軌跡模擬圖，描述了霧化顆粒從開始噴出到完全噴出的過程。5．4氣泡霧化初步實(shí)驗(yàn)在5．1-5．3節(jié)中通過數(shù)值模擬分析了噴嘴參數(shù)和工況參數(shù)對氣泡霧化噴嘴下游流場的影響。本節(jié)需要進(jìn)一步通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證小量潤滑系統(tǒng)的霧化效果。實(shí)驗(yàn)獲得Y4,量潤滑系統(tǒng)的霧化效果圖。通過對圖6—1、6—2、6-3的分析可以看出，噴嘴口徑和切削液流率對噴嘴的霧化效果均有影響。隨著噴嘴口徑的增大，霧距和霧化錐角均相應(yīng)的增大；隨著液體流率的增大，霧距和霧化錐角均相應(yīng)的增大；氣泡霧化噴嘴的霧化效果良好。(a)液體流率較小(b)液體流率較大圖昏l噴嘴口徑為O．5mm的霧化效果Fig．6·1Atomizingeffectin0．5mmnozzlediameter (a)液體流量較小(”液體流量較大圖6．2噴嘴口徑為1．0mm的霧化效果Fig．6—2Atomizingeffectin1．Ommnozzlediameter55 西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文5．5本章小結(jié)(b)液體流量較大圖6．3噴嘴口徑為1．5mm的霧化效果Fig．6—3Atomizingeffectin1．5mmnozzlediameter本章分析了噴嘴參數(shù)(噴嘴口徑)、工況參數(shù)(氣液流量比、切削液流率、壓縮空氣壓強(qiáng))對霧化顆粒直徑、速度的影響，并正交分析了工況參數(shù)對霧化顆粒直徑的綜合影響，分析結(jié)果如下：(1)各參數(shù)對霧化顆粒直徑的影響霧化顆粒直徑與噴嘴口徑呈近似正比關(guān)系，而與氣液流量比呈近似反比關(guān)系；當(dāng)壓縮空氣壓強(qiáng)在0．4MPa時，霧化顆粒的平均直徑最小。(2)各參數(shù)對霧化顆粒速度的影響霧化顆粒速度與氣液流量比成正比，與壓縮空氣壓強(qiáng)成正比，與噴嘴口徑成反比，當(dāng)切削液流率較小時霧化顆粒速度隨切削液流率的增大而增大，當(dāng)流率達(dá)到一定值后，再增加流率顆粒速度反而會減小；霧化顆粒的速度隨遠(yuǎn)離噴嘴口而減小，且減小趨勢逐漸衰弱。(3)針對工況參數(shù)對霧化顆粒直徑的綜合影響，本章進(jìn)一步通過正交分析獲得了霧化顆粒直徑最小時對應(yīng)的工況參數(shù)：氣液流量比0．2、壓縮空氣壓強(qiáng)0．4MPa、切削液流率39,／s。(4)針對小量潤滑系統(tǒng)做了初步實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)獲得了霧化效果圖，并表明氣泡霧化系統(tǒng)霧化效果良好，與理論分析結(jié)果一致。 6結(jié)論與展望6．1本文的主要結(jié)論MQL切削技術(shù)雖不能滿足所有切削條件下對各種金屬的切削加工，但其在金屬切削加工和環(huán)保方面的良好工藝效果已得到公認(rèn)，研究和應(yīng)用越來越廣。本文結(jié)合對MQL切削技術(shù)理論和實(shí)踐研究分析，設(shè)計(jì)了一套基于MQL的氣泡霧化系統(tǒng)，用數(shù)值分析方法對影響其霧化特性的主要參數(shù)進(jìn)行了較全面的分析，并進(jìn)行了初步實(shí)驗(yàn)。本文獲得的主要結(jié)論如下：(1)霧化顆粒的平均直徑與噴嘴口徑呈近似正比關(guān)系，而與氣液質(zhì)量比呈近似反比關(guān)系：當(dāng)壓縮空氣壓強(qiáng)為0．4MPa時，霧化顆粒的平均直徑最??；霧化顆粒的平均直徑很小，一般都不超過100gm。(2)霧化顆粒速度與氣液流量比成正比，與壓縮空氣壓強(qiáng)成正比，與噴嘴口徑成反比，當(dāng)切削液流率較小時霧化顆粒速度隨切削液流率的增大而增大，當(dāng)流率達(dá)到一定值后，再增加流率顆粒速度反而會減?。混F化顆粒的速度隨遠(yuǎn)離噴嘴口而減小，且減小趨勢逐漸衰弱。一j(3)通過正交分析獲得霧化顆粒直徑最小時對應(yīng)的工況參數(shù)：氣液流量比0．2、壓縮空氣壓強(qiáng)0．4MPa、切削液流率3g／s。(4)針對小量潤滑系統(tǒng)做了初步實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)獲得了霧化效果圖，表明氣泡霧化系統(tǒng)霧化效果良好，并與數(shù)值分析結(jié)果一致。6．2展望雖然本文取得了一些成績，但由于設(shè)備和時間上的限制，不可能在短時間內(nèi)做出全面研究，關(guān)于MQL氣泡霧化系統(tǒng)在實(shí)際中的應(yīng)用有必要進(jìn)行深入的研究。在此本人對以后該方面的研究工作建議如下：(1)本文只是對霧化系統(tǒng)做了初步試驗(yàn)，今后需要進(jìn)一步研究切削液流量、空氣壓強(qiáng)、氣液流量比等參數(shù)對實(shí)際金屬切削加工的冷卻潤滑效果。(2)進(jìn)一步研究開發(fā)適于不同加工材料在不同加工方式中的MQL氣泡霧化裝置，推動MQL切削技術(shù)在更廣范圍的應(yīng)用，創(chuàng)造更好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。57 西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文致謝本論文是在導(dǎo)師肖繼明副教授的嚴(yán)格要求和悉心指導(dǎo)下完成的。實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行和論文的寫作都凝聚著導(dǎo)師的汗水和心血。導(dǎo)師肖繼明副教授知識淵博、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、勤勉務(wù)實(shí)、品德高尚以及對前沿科學(xué)具有敏銳的洞察力，這一切都使我受益匪淺，在此，謹(jǐn)向一貫支持和鼓勵本人進(jìn)步的導(dǎo)師致以崇高的敬意和最衷心的感謝!在論文完成期間得到了李言教授、鄭建明副教授、李淑娟副教授及113研究室所有同學(xué)的無私幫助，在此對給予作者支持和幫助的人表示誠摯的謝意!本課題研究過程中，參閱與引用了大量的參考文獻(xiàn)，在論文中都一一注明，在此對這些文獻(xiàn)作者的開拓性成果表示敬意!感謝西安理工大學(xué)機(jī)儀學(xué)院的各位領(lǐng)導(dǎo)、各位老師給予的關(guān)心和幫助!對在百忙中的各位評審老師表示感謝158 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