一、自由燃烧电弧中传热与流动的数值模拟（论文文献综述）
高茗[1]（2021）在《炼钢工艺废钢熔化过程基础研究》文中研究说明废钢资源化利用是实现钢铁绿色生产的重要措施之一。我国废钢资源丰富、废钢产量大,在废钢铁利用方面仍有较大发展空间,而提高废钢熔化效率是提升其工业应用价值的关键。为了促进工业生产中废钢的完全熔化,需要进一步探究废钢熔化规律,优化熔化参数。因此,本文围绕炼钢工艺废钢熔化过程开展实验研究,并利用Fluent软件模拟废钢熔化行为,阐明废钢熔化机理,解析熔化过程中的传热、传质现象,并获得关键参数;建立了废钢熔化影响因素评估体系,定量分析了各因素对熔化过程的影响趋势;构建了入炉废钢加入量和加入类型控制的数学模型,可以用于不同冶炼条件下废钢配加比例的确定,为入炉废钢配加模式的优化提供了理论指导。主要结论如下:（1）依据实验和数值模拟结果,将废钢熔化过程划分为“凝固层生成—凝固层快速熔化—渗碳阶段—渗碳和母体废钢快速熔化”四个阶段。其中,“渗碳阶段”在熔池温度较低、废钢尺寸较大和比表面积较小时更为显着。数值模拟结果表明:熔池温度1573 K时渗碳阶段占整个熔化时间的33.8%,废钢直径为Φ15 mm时渗碳阶段占整个熔化时间的20%,废钢比表面积52.7m2/t时渗碳阶段占整个熔化时间的70%,与实验结果一致。（2）提高熔池温度和熔池搅拌强度均能促进废钢熔化。自然对流条件下,熔池温度由1573 K升高至1723K,平均熔化速率从0.0127 mm/s提高到0.0671 mm/s,增加了 4倍;而强制对流条件下,熔池温度1573 K,转速423 r/min时平均熔化速率为0.061 mm/s,比自然对流条件下、相同熔池温度时增加了 3.8倍,即熔池搅拌可以显着促进废钢熔化。此外,废钢类型对熔化过程的影响也十分重要,废钢含碳量0.49wt%时平均熔化速率为0.0177mm/s,比含碳量0.168wt%时（0.0127 mm/s）增加了 0.4倍;废钢直径Φ15 mm时平均熔化速率为 0.0083 mm/s,比废钢直径 Φ10 mm 时（0.0127 mm/s）减小了 0.34 倍;而废钢比表面积由52.7 m2/t增加到121.2 m2/t,平均质量熔化速度增加了 4倍,显着提高了废钢熔化速率。（3）获得了废钢熔化过程中的传热系数和传质系数。传热系数随熔池温度的升高而增加,熔池温度从1538 K升高至1693 K,传热系数从18 kw/（m2·K）增大到22 kw/（m2·K）。计算得到不同条件下的传质系数,确定了熔化过程中各因素对传质系数的影响为“熔池搅拌>熔池温度>废钢类型（比表面积、含碳量等）”;获得了自然对流和强制对流下的传质无量纲关系式,进一步完善了传质无量纲关系式的适用范围:自然对流条件下Sh=0.144（GrSc）0.325,其适用范围为1×108<GrSc<5×108;强制对流条件下JD=0.133（Re）-0.356,其适用范围为1000<Re<4000。（4）利用电子探针和金相显微镜观察结果证实了熔化过程中的界面碳扩散现象。自废钢边缘至其内部的金相组织依次为:初始碳化物→针状马氏体→板状马氏体,相应碳含量变化为:4wt%以上→1-1.5wt%→0.2wt%,界面碳含量变化与金相组织变化一致。提高熔池温度有利于碳的扩散,从1573 K升高至1623 K,扩散深度从200 μm增加到220 μm。此外,在界面发现了一定厚度的富硅层,且此区域碳含量迅速降低。（5）基于相关性分析、多元回归法构建的数学模型分别从定性和定量角度分析了影响废钢熔化的因素,结果表明:熔池搅拌和熔池温度对废钢熔化的影响最大,其次是废钢比表面积和废钢含碳量,并获得了熔化期平均熔化速率、平均质量熔化速度、传质系数与各因素相关的定量关系。进一步建立了废钢熔化理论评估模型,确定了熔化速率与熔池温度、熔池搅拌能密度、废钢比表面积、废钢含碳量等因素的显式函数关系,可以用于实际冶炼条件下废钢熔化情况的预测与评估。（6）从热量平衡和废钢熔化时间两个角度出发,建立了入炉废钢加入量和加入类型控制的数学模型,可以用于确定不同冶炼条件下的废钢配加模式,并提出了合理搭配入炉废钢的研究思路:由热量平衡获得废钢最大加入总量→获得不同类型废钢在规定熔化时间内的最大加入量（例如,入炉废钢在吹氧中期/吹氧结束完成熔化）→确定各类型废钢最大加入比例,并搭配入炉废钢类型。该模型为优化废钢配加模式提供了理论指导。
郝浩辰[2]（2021）在《Y型坡口TIG打底焊熔池-熔孔行为的数值模拟》文中研究指明TIG打底焊是一种能够较好地实现中厚板单面焊双面成形的焊接工艺,为了获得背部熔透的优质焊缝,工件对接时通常需要开坡口并预留适当的根部间隙。在实际生产中,熔孔是预留间隙TIG打底焊过程中一个重要的现象,是判定工件熔透的重要依据之一。熔孔的动态行为对于打底焊工艺中焊接过程稳定性和焊接质量的好坏至关重要,填丝TIG打底焊中熔滴无疑会对熔池-熔孔行为产生一定的影响。因此,采用数值计算的手段来研究熔孔的形成原因、探索熔滴过渡对熔池-熔孔的作用机制,定量分析不同工艺条件下熔池-熔孔行为规律,对改进焊接工艺、推动智能化控制具有一定的理论和实践意义。针对Y型坡口 TIG打底焊,建立了熔池三维瞬态模型。考虑坡口及间隙对电弧造成的影响,分别引入坡口调节系数和热量调控系数;结合Y型坡口 TIG打底焊工艺特点,考虑了总的电弧热量守恒以及熔孔形状对电弧分布的影响,建立了组合热源模型,该模型能够自适应熔池的表面变形。同时建立了Y型坡口TIG打底焊电磁力模型和电弧压力模型;考虑熔滴的影响,将熔滴视为从速度入口轴向倾斜滴落的液态金属球,建立了熔滴过渡模型。利用ANSYS FLUENT软件分别模拟计算了根部间隙为1.4mm时送丝速度分别为85 cm/min、95 cm/min、105 cm/min的焊接过程以及间隙为1.2mm、1.4mm、1.6mm的焊接过程。熔孔的形成主要由于电弧压力和表面张力的综合作用,熔孔的出现促进了背部熔宽的增加。从前一个熔滴进入熔池到下一个熔滴开始滴落的时间里,熔池前侧的液态金属表现出迅速向前流动-向后流动-缓慢向前流动的周期变化。熔滴过渡一定程度上阻碍了熔孔的形成,熔孔形成初期熔滴的加入会影响了熔孔存在的稳定性,待熔孔可以稳定存在后熔孔形态伴随着熔滴过渡呈周期性波动。将计算得到的焊缝熔合线、特殊时刻的熔孔几何形状与实验结果作对比,计算结果与实验结果较为吻合,验证了模型的合理性。比较了不同送丝速度情况下的焊接热过程,分析了送丝速度的变化对熔池温度场-流场以及工件熔透和熔孔行为的影响。结果表明,随着送丝速度的增加,熔孔形成越来越晚;填充的液态金属量增加,熔池内部整体流动性减弱。工件熔透时间受直接的电弧热作用和液态金属填充量共同决定,不随送丝速度呈单一的线性关系,一般来说先熔透后出孔,在焊接过程中当熔池前侧有熔孔形成趋势时工件基本已经熔透。分析不同间隙尺寸对Y型坡口 TIG打底焊熔池-熔孔行为的影响规律,结果表明:随着间隙的增加,熔池前侧液态金属流速增大,熔孔越来越容易形成;间隙越小,电弧受坡口的拘束作用越明显,电弧热作用增强,使得工件熔透时间不会单一地随着间隙的增加而缩短,而是存在一个极值点。上述结果为进一步深入研究TIG打底焊接过程奠定了坚实的基础。
彭超龙[3]（2021）在《异种钢磁控电弧及焊接过程规律数值模拟研究》文中指出在船舶制造、石油化工、桥梁建设等工程领域中,存在许多材料不同的异种钢焊接结构件。相对于同种钢焊接而言,异种钢焊接在实际应用中具有更好的机械性能,如抗腐蚀性和耐热性,同时造价成本较低,因此应用较广。但同时异种钢焊接存在较大的技术难点,由于异种钢焊接母材的热物理性能差异较大,其焊接温度场常呈现不均匀分布,加剧了焊接工件本身的应力和变形,得到的异种钢焊接接头质量较差,因此需要对传统焊接方式进行改进。考虑到焊接热输入是直接影响焊接接头的主要原因,文中提出在异种钢焊接过程中引入非接触式的外加横向磁场调控电弧偏转,进而调整焊接热输入在工件中的能量分配,最终获得良好的异种钢焊接接头。因此,需要对磁控异种钢焊接进行深入探索,获得基本作用规律,从而为磁控异种钢焊接技术提供一定的理论依据。由于焊接过程中涉及大量复杂的物理过程,单纯通过试验难以对其进行深入的分析和研究,因此本文通过对异种钢焊接过程的分析并结合相关理论,基于COMSOL Multiphysics有限元仿真软件建立了二维稳态磁控电弧异种钢焊接模型和三维瞬态磁控异种钢焊接模型。对两模型在不同焊接电流和励磁电流强度下的工件温度场进行计算,对两种模型的熔池计算结果进行了耦合验证,同时进行了对应参数的试验,并将仿真与试验结果中的电弧形态和工件焊接变形进行验证,证明了仿真模型的可靠性和准确性。在上述所建模型的基础上,对不同焊接电流和励磁电流强度作用下的焊后工件变形和电弧温度场及形态进行计算,并与试验结果进行对比分析,研究发现:（1）焊接电流对电弧形态无明显影响,但随着焊接电流增大,电弧内部能量密度及温度梯度也将随之增大,电弧的热作用区域将变大;工件焊后变形量与焊接电流呈正相关。（2）励磁电流的方向及大小对电弧形态及偏转起决定性作用。当励磁电流大小相同时,相反的励磁电流会使电弧反向偏转,偏转幅度和方向几乎关于焊缝对称。当励磁电流方向相同时,随着励磁电流的增大,电弧的偏转程度也逐渐加大;从工件焊后变形可以直观地看出,不同方向和大小的励磁电流使电弧产生了不同的偏转,改变了电弧与工件的接触面和热传导途径,即改变了焊接过程中的焊接热输入分配。因此进行异种钢焊接时,应根据工件材质,通过外加磁场控制电弧进行适当的偏转,合理控制工件焊接热输入,从而得到更好的焊缝质量。
郭瑞[4]（2020）在《中厚板非对称角根焊GTAW电弧-熔池耦合模型数值模拟》文中认为T型角焊缝在桥梁、船舶、航空、工程机械等部件加工中广泛应用,在实际工程中,中厚板进行T型角焊时,为了保证焊缝的全熔透,提高工件焊接质量和生产效率,常采用单边V型坡口留钝边的形式进行焊接。这种带钝边单边V型坡口构成的不等厚非对称结构,由于与普通对称焊缝的散热情况存在显着差异,在进行打底焊接时,易产生未熔合或过熔透的焊接缺陷。为了实现对非对称角根焊缝全熔透良好成形的有效控制,需要对这种非对称角焊缝的热输入进行深入探索,揭示其熔透成形机理。由于焊接过程的复杂性,单纯通过试验或解析模型的计算认识焊接过程难以实现。有限元技术的发展使焊接过程数值模拟技术成为研究者们研究焊接熔透机理的一个便利工具。当前对于角焊缝数值模拟的研究侧重于添加合适的热源模型来研究熔透情况,这种模型研究熔透机理时假定了一个理想的热源模型,忽略电弧和熔池之间复杂的相互作用,虽然在一定程度上有助于认识角焊缝的熔透机理,但是与实际情况难免存在一些偏差。本文结合焊接实际情况,从焊接热源的来源出发,将焊接电弧和熔池统一起来进行研究,针对中厚板非对称角根焊,提出并建立一种电弧-熔池耦合的三维统一模型。该模型以磁流体动力学为理论基础,耦合了电场、磁场、流场、温度场以及力场,对焊接电弧形态及温度场、工件温度场及熔透情况以及焊件的角变形进行了仿真模拟,并分别对电弧形态与温度、工件温度场与熔合线及焊件角变形进行了试验验证,证明了电弧-熔池耦合模型的正确性与适用性。基于上述模型,对不同焊接参数下的电弧温度场、工件熔透情况及焊件角变形进行了数值模拟,并通过试验进行了验证,定量分析了不同参数对非对称角根焊焊接质量的影响。研究发现:焊接电流对熔透成形及焊件角变形的影响最大;焊接角度则通过影响电弧热量分配而影响熔池中心的偏转,进而对焊件角变形也有一定的影响。通过控制焊接角度,可以实现控制工件表面热输入的分配,进而控制焊接质量。本研究对中厚板非对称角根焊焊接质量的控制有一定的指导作用。
赵博[5]（2019）在《水下湿法FCAW熔池、气泡和电弧动态演变过程的数值分析》文中指出水下湿法药芯焊丝电弧焊接（简称水下湿法FCAW）是一种操作简便、适应性好、生产效率高、成本低廉的水下工程结构制造和修复技术。在当今水下工程结构数量越来越多、体量和复杂性不断上升的趋势下,它具有良好的应用前景。但是,水下湿法FCAW工艺过程中,电弧、熔滴、气泡、熔池和水在数十毫米的狭小空间尺度内相互作用,涉及的物理和化学现象复杂,导致焊接过程稳定性差、调控困难。目前,该工艺还难以保证焊缝成形的质量和接头性能的可靠性,限制了其在重要结构制造中的应用。深入了解水下湿法FCAW工艺涉及的物理现象和过程规律,分析水下湿法FCAW过程中熔池流动与传热行为、气泡与电弧的动态演变以及电弧-气泡间的相互作用,有助于对该工艺过程的调控和优化提供理论支撑,具有重要意义。搭建了水下湿法FCAW物理过程检测平台。实时采集了水下湿法FCAW过程中的电弧电压和焊接电流波形。通过视觉检测系统拍摄了熔滴过渡、气泡动态变化以及电弧状态的高帧率图像。使用热电偶检测了工件的热循环曲线,提出了改进的红外测温系统。获得了典型工艺条件下的焊缝成形。基于上述实验数据,初步分析了水下湿法FCAW工艺过程的特点以及水环境对其的影响。从热传导的角度,综合考虑水下湿法FCAW过程中水环境对电弧的压缩以及对工件表面散热的影响,利用有限元分析软件SYSWELD,建立了水下湿法FCAW热传导过程的数值分析模型,计算了水环境中的工件温度场。上述模型计算的焊缝熔合线尺寸与实验结果吻合良好。分析了水深和水流速度对水下湿法FCAW焊接热过程的影响规律,预测了不同水深和水流速度情况下的焊接温度场。考虑水下湿法FCAW 工艺过程中电弧热、电弧压力、工件热损失条件和熔滴冲击现象的差异,建立了该工艺过程熔池流动与传热过程的三维瞬态模型,定量分析了其熔池行为以及熔池所受的热力作用。结果表明,水下湿法FCAW的熔滴动量较大,可推动熔池流体较强烈地向下运动。但由于熔滴过渡周期较长,前后熔滴对熔池流动和热量传递的影响难以叠加。水下湿法FCAW过程中,熔池纵截面存在从电弧下方先朝下、再向后的环流,对维持和增加熔深起主要作用;同时,熔池上表而存在由电弧中心先朝外、再向后的环流,这对维持和增加熔宽有重要影响。水下湿法FCAW工件表面的对流换热对工件冷却起主要作用,限制了水下湿法FCAW的熔宽。在所采用的模型中,熔渣对熔池流动和热分布的影响有限。建立了水下湿法FCAW焊接电弧与气泡动态演变过程的数值模型,获得了不同时刻水下电弧热流和电流的分布状态以及气泡的瞬态变化过程,定量分析了水下湿法FCAW焊接电弧与气泡之间的相互作用机制。结果表明,每个周期内包裹电弧的气泡会经历“长大-底部收缩-缩颈分离”三个阶段的动态演变过程,模型预测的不同时刻气泡的形态与高速摄像机检测结果基本吻合。药芯受热反应释放的气体在电弧中电离、解离产生等离子体,在电弧电磁场作用下,持续高速地流向工件表面,是维持气泡笼罩住电弧的关键因素。气泡的水平半径发生收缩时,首先使电弧外围的低温区域宽度减小,再逐渐依次压缩较高温度的区域。气泡体积和形态的变化对电弧中心电流密度较高区域的影响不明显。预测气泡的形态和体积对电弧的热传导加热作用和电弧剪切力分布有一定影响,但对电弧压力分布和电子逸出传热的影响较小。
李铭书[6]（2018）在《污泥处理用热等离子体基本特性及污泥处理产物特性研究》文中指出随着工业化和城镇化加速发展,我国污泥产量随着污水处理设施的增加而大幅增加,然而目前污泥处理能力不足,污泥处理处置形势严峻。随着日趋严格的环境标准,及国家对能源回收利用要求的逐步提高,探索、发展污泥无害化、资源化处理技术意义重大。基于此,本文对热等离子体技术处理污泥进行探索,研究了热等离子体在污泥无害化和资源化利用方面的基本特征及变化规律。主要研究内容及结论如下:1、基于有限元分析方法,开展热等离子体多物理场数值模拟研究。在建立转移弧热等离子体模型的基础上,研究了氩气、氦气、氮气、空气、二氧化碳等工作气体对热等离子体基本特性的影响,以及放电参数、电极形状、喷嘴结构对热等离子体基本特性的影响。同时,建立了非转移弧热等离子体及射流的模型,研究了放电参数对温度场分布特性的影响。基于模拟结果,探讨了适合热等离子体处理污泥的工作气体选择和热等离子喷枪的参数设计,并开展了热等离子体污泥处理反应器设计。2、开展热等离子体工作基本特性实验研究。主要包括伏安特性及其影响因素、发射光谱诊断和射流特性研究等。实验结果表明,处理污泥用热等离子体呈典型电弧放电的伏安特性。可通过增大电流或增大气体流量的方法提高热等离子体输出功率。相同放电参数时,电压和功率大小为:二氧化碳>氮气>氩气。热等离子体发射光谱诊断结果表明,氮气和二氧化碳作为工作气体较氩气具有更高的温度和电子密度,在100 A、10 L/min时氮气和二氧化碳热等离子体射流焰心温度可到10000 K以上,电子密度可达1023 m-3,此时热等离子体达局部热力学平衡。热等离子体射流形态的影响参数研究表明,相同放电参数下,氮气和二氧化碳较氩气具有更长的热等离子体射流,在100 A、5 L/min时,氮气和二氧化碳射流可达35 cm,维持稳定及较长弧长的热等离子体射流。工作电流和气体流量等放电参数可有效调节热等离子体射流形态。3、开展热等离子体处理污泥的基本特性实验研究。分别采用转移弧热等离子体和非转移弧热等离子体,开展了热等离子体处理污泥样品的实验研究。考察了污泥含水率、工作气体种类、工作电流等对热等离子体气体产物的影响规律,以及污泥热等离子体处理后残渣的基本特性。当采用转移弧热等离子体,以二氧化碳为工作气体处理焦化厂剩余污泥时,气体成分以CO和H2为主,未检出复杂气体化合物,气体热值达8.43 MJ/m3,具有回收利用的价值;当采用非转移弧热等离子体,以氮气为工作气体处理市政污泥时,气体产物热值可达5.10 MJ/m3,而以二氧化碳为工作气体时,气体热值可达9.20MJ/m3。同时发现,污泥含水率的增加能有效促进热等离子体合成气的生成,提高了H2/CO比例,当含水率增大到65%时,H2/CO比例提高至2.0,这表明H2/CO比例的调整可拓展合成气资源化利用范围。对比两种热等离子体气体产物特性可知,相对转移弧热等离子体,非转移弧热等离子体对污泥样品要求不高,具有更简易的操作方式、更小的工作气体流量、灵活可控的工作参数,并适用于高含水率的污泥处理,因而更具有应用价值。热等离子体处理后的固体残渣分析表明,固体残渣的重金属浸出浓度远低于危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别（GB5085.3-2007）浓度限值,添加二氧化硅有助于降低重金属浸出浓度。固体残渣呈无定形态,微观表面致密平整,比表面积显着减小,密度显着增大,市政污泥固体残渣和焦化污泥固体残渣的比表面积分别降低为污泥样品的12.90%和40.86%,密度分别增至干燥污泥样品的2.33和1.65倍,减容率分别为57.08%和39.40%。上述研究结果表明,热等离子体技术处理污泥可有效实现无害化及资源化回收利用,并具有明显的减量化效果。热等离子体可有效处理较高含水率污泥,并能拓展合成气资源化利用范围,为污泥处理处置提供新思路。
武传松,孟祥萌,陈姬,秦国梁[7]（2018）在《熔焊热过程与熔池行为数值模拟的研究进展》文中进行了进一步梳理熔焊是目前机械制造业中应用最为广泛的材料连接技术。熔焊过程中的传热与熔池流动行为对于焊缝成形、接头微观组织与服役性能等起着决定性作用。准确地分析和计算熔焊热过程与熔池形态,对于焊接冶金分析、应力变形分析、过程控制及工艺优化等都具有十分重要的意义,也是使焊接工艺从"定性"走向"定量"分析、从"经验"走向"科学"的重要途径。对焊接电弧物理、熔滴过渡、熔池形态、高速焊接熔池传热与流动、等离子弧焊和激光焊接的小孔与熔池动态行为、激光-电弧复合热源焊接热过程的数值模拟研究现状与存在问题进行了评述,讨论了上述前沿领域的研究方向与发展趋势,旨在为实现熔焊工艺优化和过程控制提供理论依据。
揣尧[8]（2015）在《非熔化极焊接电弧仿真研究》文中指出非熔化极电弧焊接具有无飞溅,焊接质量好等优点,但是焊接效率低,熔敷效率慢等制约了其发展。钨极氩弧焊接与等离子弧焊作为非熔化极电弧焊,其焊接电弧却有着较大的能量密度差距。等离子弧焊电弧是在钨极氩弧焊接的基础上发展起来的,具有较高的能量密度、等离子流力,可以实现单面焊双面成形,具有较高的焊接效率、熔敷效率,因此具有广泛的前景。由于穿孔型等离子弧焊焊接过程中的小孔难以控制,使得其应用受到约束。焊接电弧作为焊接过程中的热源与力源,对焊接过程中小孔的形成与熔池的形貌有着重要的作用,所以对等离子弧焊过程中电弧的传热及传质影响的研究非常必要。本文对自由电弧与等离子弧焊电弧进行数值模拟,同时利用高速摄像技术对电弧形态与热丝下熔滴过渡分析,以确定其传热及传质情况。根据流体力学中的质量连续、动量守恒、能量守恒及磁矢量分量方程,建立二维轴对称自由电弧数学模。对自由电弧的温度场、电磁场、流场等进行了分析,与采用麦克斯韦方程组文献结果进行对比,结果表明二者分布趋势较吻合。建立二维约束型等离子弧焊电弧数学模型,确立其边界条件,采用SIMPLE算法,对等离子弧焊电弧特性进行计算。在相同焊接电流140A下等离子弧焊电弧与自由电弧比较发现,等离子弧焊电弧在阳极工件附件更是高达15000K比自由电弧阳极处高5000K左右;等离子弧焊电弧轴向上最大等离子流速是自由电弧的2倍;作用在阳极工件上的电弧压力更是自由电弧的20倍。同时改变焊接电流、等离子气流量、钨极内缩量、喷嘴孔径等参数,对等离子弧焊电弧的温度场、电磁场、流场等情况进行了分析模拟,结果表明焊接电流增大120A,等离子弧焊电弧温度可以提高1000K以上,等离子流速提高了13.6%-19%,阳极电弧压力提高近200Pa。等离子气流量的增加主要是等离子流速和电弧压力影响较大。在提高单位体积流量的等离子气流量后可以使其流速提高20%以上,阳极工件电弧压力更是提高300Pa以上。同时钨极内缩量的增大、喷嘴孔径的缩小均可以提高电弧温度、等离子流速及阳极工件电弧压力,有利于焊接效率提高。对等离子弧焊的电弧压缩状态与流动状态研究,与假设一致。利用高速摄像技术研究焊接电流、等离子气流量等参数的改变对等离子弧焊的电弧形态与数值计算形态对比,两者在形态上吻合度较好。同时对热丝填充K-PAW的电弧与熔滴过渡情况进行分析,结果表明热丝电流可以提高焊接熔敷效率。本文所建立的模型与采用高速摄像对热丝填充等离子弧焊的电弧研究建立了一定的基础。
陈浩[9]（2014）在《电弧加热等离子体流动特性研究》文中指出本文采用基于磁矢量势的磁流体动力学模型,通过编写UDF程序,对自由燃烧电弧中的传热与流动过程进行了数值模拟,实现了流场和电磁场的耦合计算。并将计算结果与实验结果进行对比,证实了计算模型的可靠性与准确性。此外,本文模型考虑了电弧燃烧过程中,阴极尖端熔化以及阳极铜板蒸发产生铜蒸气的情况,对电弧和蒸发气体的相互作用进行分析,得到了电极熔化对等离子体电弧流动和传热状态的影响,使得计算模型更符合实际情况。随后,文中针对某拉瓦尔喷嘴,在二维轴对称模型的基础上,对超音速等离子体炬中的流动及其外部射流进行了数值模拟。在阳极喷嘴内部采用了基于磁矢量势的磁流体动力学模型,避免了对磁感应强度复杂的积分计算,得到了喷嘴内部多场耦合的结果及外部射流的流动状态。分析了喷嘴内部电磁场对等离子体的加速作用及射流的发展过程,为超音速等离子体炬的工业应用提供了理论基础。在此研究基础上,针对现有超音速等离子体喷枪中水冷循环系统较为复杂,拉瓦尔阳极喷嘴难于更换且费用较高等技术不足,设计了一种结构简单、低成本、易拆装检漏、电极水冷一体化、阳极易于更换的超音速等离子体喷枪。为了进一步研究不同弧根位置下,电弧加热等离子体的流动特性,文中针对某拉瓦尔喷嘴,在二维轴对称模型的基础上,对双阳极模式下超音速等离子体炬中的流动及其外部射流进行了数值模拟。在阳极喷嘴内部采用了基于磁矢量势的磁流体动力学模型,运用虚拟阳极的方法,得到了双阳极模式下喷嘴内部多场耦合的结果及外部射流的流动状态。分析了弧根位置变化对等离子体流动特性的影响,为双阳极超音速等离子体炬的工业应用提供了理论基础。并设计了一种结构简单、可靠、低成本、小型化的双阳极超音速等离子体喷枪。
白冰[10]（2012）在《耦合电极的磁分散电弧等离子体的数值模拟研究》文中研究表明电弧等离子体在工业中应用广泛。由于其自收缩效应,使得等离子体具有体积小、能量集中、参数梯度大等特点,给等离子体大规模工业生产带来了困难,如原料注入困难、产品均匀性难以控制等。在同轴电极磁旋转电弧等离子体发生器中,洛伦兹力驱动电弧高速旋转,电弧被分散,产生充满弧室截面的均匀等离子体,这种新颖电弧等离子体源被称之为大面积分散电弧等离子体源（Large Aera Dispersed Arc Plasma Sourece-LADAPS）。与收缩电弧等离子体相比,磁分散电弧等离子体的弧柱周向均匀、阳极弧根扩散、阴极弧根呈现出收缩、分裂和扩散等多种形式的特征,且这些阴极弧根位形是动态的和可转化的。对于这些物理现象的试验结果的理论研究尚不够深入,尤其是阴极弧根位形与弧柱等离子体位形之间关系尚未有研究报道,实验研究存在很大困难。对此开展数值模拟研究,有助于加深对磁分散电弧等离子体位形及产生的机理的理解,为磁分散电弧应用提供理论指导。本文改进了Lowke一维阴极模型,构建了耦合阴极的磁分散电弧等离子体计算的MHD模型和方程,解决了电极与等离子体耦合计算的问题,编写了相应的Fluent UDF程序。数值模拟计算了不同条件下磁分散电弧等离子体位形,揭示了磁分散等离子体传热与流动规律,探讨了电弧的阴极弧根与弧柱之间的相互作用关系以及其对磁分散电弧等离子体位形的影响。在小尺度（弧室直径Φ10）同轴磁旋转电弧等离子体发生器中,采用二维模型数值模拟了完全分散电弧等离子体位形。分别研究了不同锥角的阴极形状、轴向磁场强度、入口气体速度、电弧电流以及阴极材质等对等离子体参数分布及流动状况的影响。计算结果显示：（1）加入轴向磁场后,等离子体的阴极弧根,弧柱及阳极弧根都为扩散型,其电流密度都显着低于自由燃烧弧阴极弧根、弧柱和阳极弧根的电流密度；（2）随着阴极锥角的增大,阴极弧根由阴极前端面中心向阴极侧面移动,扩散性增强,电流密度降低。阴极弧根位形的变化导致等离子体温度,速度,弧压等参数均减小,等离子体位形变化不大；（3）随着轴向磁场强度的增大,阴极弧根由阴极前端面中心向阴极侧面移动,弧根扩散程度增大,电流密度减小,等离子体极值温度降低；阳极弧根在轴向上被压缩,电流密度增大；（4）随着入口气体速度的增大,等离子体阴极弧根被吹到阴极前端,弧根电流密度分布变化很小,电弧被拉长,弧压升高,等离子体轴向厚度增大,温度梯度减小,流动加剧；（5）电弧电流对等离子位形基本无影响,仅影响等离子体温度,速度,弧压的极值；大的电弧电流更容易造成阴极弧根扩散；（6）阴极功函数提高,弧根电流扩散性减弱,弧根电流密度略微增大,对等离子体位形影响较小,仅能略微提高等离子体温度。采用二维模型耦合电极计算轴向磁场对针-板电极电弧等离子体位形的影响,得到的结果是：（1）随着轴向磁感应强的增加,阳极弧根电流在轴心分布减小,电流密度极值位置外移,呈现空心趋势；（2）弧柱在在阳极附略有扩张,而在阴极附近收缩,后者与同轴电极磁旋转分散电弧有相反的变化趋势,随着轴向磁场增加,阴极弧根直径减小,弧根电流密度增加；（3）继续增大轴向磁场,等离子体偏离轴线程度增加,在阳极轴线附近形成涡旋。也获得类似等离子体位形实验结果。模拟了大尺度（弧室直径Φ70）同轴电极磁旋转分散电弧等离子体的位形,与探针实验相对比有相同的变化趋势。计算的等离子体温度显着低于诊断的电子温度,说明本研究条件下等离子体可能偏离局域热力学平衡状态。论文最后还采用三维定常模型模拟了磁分散电弧等离子体的参数分布,初步研究了磁分散电弧的非轴对称性问题,弧柱等离子体位形及阳极弧根显示较好的轴对称,而阴极弧根并非轴对称分布。提出了该研究后续发展方向问题。通过对各种不同情况数值模拟结果以及和实验结果对比研究得出以下结论：（1）耦合阴极模型数值模拟计算出的阴极弧根位形和近阴极区弧柱位形会显着不同于固定阴极弧根模型；阴极弧根和近阴极区位形及参数相互影响；阴极弧根和近阴极区位形变化影响弧柱等离子体和阳极弧根位形及参数变化。（2）大气压电弧等离子体可以形成分散的等离子体,并且可以用外部条件控制电弧等离子体位形；外部条件通过流动来控制等离子体位形。（3）同轴电极磁旋转电弧可以产生较好的轴对称扩散电弧等离子体,阳极弧根也是如此,而阴极弧根可以是非轴对称的。
二、自由燃烧电弧中传热与流动的数值模拟（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、自由燃烧电弧中传热与流动的数值模拟（论文提纲范文）
（1）炼钢工艺废钢熔化过程基础研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 2 文献综述 |
| 2.1 炼钢用废钢简介 |
| 2.1.1 炼钢用废钢的来源及要求 |
| 2.1.2 我国废钢的产量 |
| 2.2 炼钢用废钢利用现状 |
| 2.2.1 我国废钢的消耗情况 |
| 2.2.2 废钢利用技术的发展及问题 |
| 2.3 炼钢工艺废钢熔化机理研究 |
| 2.3.1 废钢熔化过程的基础理论 |
| 2.3.2 废钢熔化过程中的传热 |
| 2.3.3 废钢熔化过程中的传质 |
| 2.4 炼钢工艺废钢熔化行为的研究现状 |
| 2.4.1 废钢熔化过程的描述 |
| 2.4.2 废钢熔化影响因素的研究 |
| 2.5 选题背景与内容 |
| 2.5.1 研究背景 |
| 2.5.2 研究思路及内容 |
| 3 废钢熔化过程热态实验研究 |
| 3.1 实验原料及实验过程 |
| 3.2 熔池温度对废钢熔化的影响 |
| 3.2.1 废钢熔化过程中的形貌变化 |
| 3.2.2 废钢熔化过程分析 |
| 3.2.3 不同熔池温度下废钢熔化速率的变化 |
| 3.3 熔池搅拌对废钢熔化的影响 |
| 3.3.1 熔池搅拌对废钢形貌的影响 |
| 3.3.2 不同搅拌强度下废钢熔化速率的变化 |
| 3.4 废钢类型对熔化过程的影响 |
| 3.4.1 废钢尺寸对熔化过程的影响 |
| 3.4.2 废钢含碳量对熔化过程的影响 |
| 3.4.3 废钢比表面积对熔化过程的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 废钢熔化过程的数值模拟研究 |
| 4.1 废钢熔化过程数值模型的建立 |
| 4.1.1 废钢熔化几何模型的构建 |
| 4.1.2 描述熔化过程的基本方程 |
| 4.1.3 模型设置及收敛方法 |
| 4.1.4 废钢熔化数值模型的验证 |
| 4.2 熔化过程中熔池及废钢的连续变化 |
| 4.3 熔化过程中渗碳阶段及其影响因素研究 |
| 4.3.1 熔化过程中界面碳扩散现象的描述 |
| 4.3.2 各因素对渗碳阶段所需时间的影响 |
| 4.4 各因素对废钢熔化过程的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 废钢熔化过程中传热传质现象及关键参数的研究 |
| 5.1 废钢熔化过程的理论描述及相关计算 |
| 5.1.1 废钢熔化过程的理论描述 |
| 5.1.2 边界固定技术的应用 |
| 5.1.3 理论计算结果及讨论 |
| 5.2 废钢熔化过程中二维传热现象及传热系数的确定 |
| 5.2.1 废钢中心温度测定实验和数值模型的建立 |
| 5.2.2 传热数值模型的验证 |
| 5.2.3 熔化过程中的二维传热和机理分析 |
| 5.2.4 熔化过程中的二维温度分布 |
| 5.2.5 传热系数的确定 |
| 5.3 废钢熔化过程中传质现象及传质系数的确定 |
| 5.3.1 不同条件下传质系数的确定 |
| 5.3.2 自然对流条件下传质无量纲关系式的确定 |
| 5.3.3 强制对流条件下传质无量纲关系式的确定 |
| 5.4 废钢熔化过程中界面渗碳现象的分析 |
| 5.4.1 界面渗碳现象的理论描述 |
| 5.4.2 废钢熔化界面金相组织和碳含量的变化 |
| 5.4.3 熔池温度对界面碳扩散的影响 |
| 5.4.4 硅对界面碳扩散的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 废钢熔化评估体系的建立 |
| 6.1 废钢熔化评估模型原始数据的确定 |
| 6.1.1 评估模型原始数据的确定 |
| 6.1.2 废钢熔化影响因素的相关性分析 |
| 6.2 基于多元回归法废钢熔化过程的评估 |
| 6.2.1 多元回归法简介 |
| 6.2.2 废钢熔化影响因素的定量分析 |
| 6.3 废钢熔化过程理论评估模型的建立 |
| 6.3.1 自然对流条件下熔化速率的显式函数 |
| 6.3.2 强制对流条件下熔化速率的显式函数 |
| 6.3.3 熔化速率显式函数的验证 |
| 6.3.4 熔化速率显示函数的应用 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 120t转炉废钢熔化过程解析及入炉废钢配加模式的确定 |
| 7.1 120t转炉废钢熔化过程的数值模拟 |
| 7.1.1 转炉废钢熔化几何模型的构建 |
| 7.1.2 数值模型所用基本方程及模型设置 |
| 7.1.3 数值模拟计算结果分析 |
| 7.2 120t转炉入炉废钢加入总量的确定 |
| 7.2.1 废钢加入总量约束函数的确定 |
| 7.2.2 物料平衡和热平衡计算 |
| 7.2.3 废钢加入总量的计算 |
| 7.3 120t转炉入炉废钢配加模式的确定 |
| 7.3.1 不同类型废钢加入量约束函数的确定 |
| 7.3.2 不同类型废钢配加比例的确定 |
| 7.4 本章小结 |
| 8 结论与展望 |
| 8.1 结论 |
| 8.2 创新点 |
| 8.3 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（2）Y型坡口TIG打底焊熔池-熔孔行为的数值模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题意义 |
| 1.2 焊接熔池行为数值模拟的研究现状 |
| 1.2.1 钨极氩弧焊熔池行为的数值模拟 |
| 1.2.2 填丝焊熔池行为的数值模拟 |
| 1.3 小孔型焊接热过程的数值模拟 |
| 1.3.1 激光深熔焊小孔行为的数值模拟研究 |
| 1.3.2 K-PAW小孔行为的数值模拟研究 |
| 1.3.3 K-TIG焊接热过程的研究现状 |
| 1.4 本研究主要的内容 |
| 第2章 Y型坡口TIG打底焊数值模型的建立 |
| 2.1 基本假设 |
| 2.2 工件模型及网格划分 |
| 2.3 控制方程 |
| 2.3.1 连续性方程 |
| 2.3.2 N-S方程 |
| 2.3.3 能量守恒方程 |
| 2.3.4 VOF方程 |
| 2.4 数值算法 |
| 2.5 初始条件及边界条件 |
| 2.5.1 初始条件 |
| 2.5.2 边界条件 |
| 2.6 预留间隙Y型坡口TIG打底焊热-力模型的建立 |
| 2.6.1 热源模型 |
| 2.6.2 焊接熔池作用力 |
| 2.6.3 CSF模型 |
| 2.6.4 熔滴过渡模型 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 Y型坡口TIG打底焊过程的数值模拟结果与分析 |
| 3.1 实验条件 |
| 3.1.1 焊接材料 |
| 3.1.2 实验设备与工艺参数 |
| 3.2 初始热流密度分布 |
| 3.3 Y型坡口TIG打底焊熔池-熔孔温度场与流场特点 |
| 3.3.1 三维温度场-流场分析 |
| 3.3.2 熔孔的形成及演变 |
| 3.3.3 横截面温度场-流场分析 |
| 3.3.4 纵截面温度场-流场分析 |
| 3.4 熔滴过渡对熔池-熔孔行为的影响 |
| 3.4.1 三维角度分析 |
| 3.4.2 纵截面流场分析 |
| 3.5 实验验证 |
| 3.5.1 焊缝验证 |
| 3.5.2 熔孔的几何验证 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 不同工艺参数下熔池-熔孔行为的探究 |
| 4.1 不同送丝速度对熔池-熔孔行为的影响 |
| 4.1.1 不同送丝速度对熔池温度场-流场的影响 |
| 4.1.2 不同送丝速度对熔透时间及熔孔行为的影响 |
| 4.2 不同间隙尺寸对熔池-熔孔行为的影响 |
| 4.2.1 不同间隙尺寸对熔池温度场-流场的影响 |
| 4.2.2 不同间隙尺寸对熔透时间及熔孔行为的影响 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（3）异种钢磁控电弧及焊接过程规律数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景及意义 |
| 1.2 国内外磁控电弧研究现状 |
| 1.2.1 焊接电弧数值模拟研究现状 |
| 1.2.2 外加磁场调控焊接电弧数值模拟研究现状 |
| 1.3 国内外异种钢焊接变形模拟研究现状 |
| 1.4 本文研究内容 |
| 第二章 异种钢磁控电弧焊接的相关理论及焊接实验平台 |
| 2.1 异种钢磁控电弧焊接模拟相关理论基础 |
| 2.1.1 焊接过程中的传热学理论 |
| 2.1.2 焊接过程中的电磁学理论 |
| 2.2 TIG焊接电弧特性分析 |
| 2.3 外加横向磁场TIG电弧理论分析 |
| 2.4 异种钢磁控焊接过程分析 |
| 2.5 磁控异种钢TIG焊接试验及设备 |
| 2.5.1 试验材料 |
| 2.5.2 焊接试验设备及相关仪器 |
| 2.5.3 异种钢焊接试验结果采集过程 |
| 第三章 磁控电弧的数值模拟及试验结果验证 |
| 3.1 励磁装置的设计及安装 |
| 3.2 励磁装置磁感应强度的测量 |
| 3.3 磁控电弧模型的基本假设 |
| 3.4 控制方程 |
| 3.5 磁控电弧物理模型的建立 |
| 3.6 仿真过程中的材料属性 |
| 3.7 电弧仿真及异种钢焊接仿真结果 |
| 3.7.1 电弧温度场计算结果 |
| 3.7.2 磁控电弧仿真及试验结果 |
| 第四章 磁控异种钢焊接变形数值模拟及试验结果验证 |
| 4.1 磁控异种钢焊接变形模型的基本假设 |
| 4.2 磁控异种钢焊接变形热传导控制方程 |
| 4.3 边界条件 |
| 4.4 磁控异种钢焊接应力场及位移场分析理论 |
| 4.5 磁控异种钢焊接物理模型的建立 |
| 4.6 磁控异种钢焊接变形计算结果 |
| 第五章 外加磁场调控焊接热输入对异种钢焊接的影响 |
| 5.1 磁控异种钢焊接试验参数 |
| 5.2 模型关联分析 |
| 5.3 焊接电流对异种钢焊接的影响 |
| 5.3.1 焊接电流对焊接电弧的影响 |
| 5.3.2 焊接电流对异种钢焊接变形的影响 |
| 5.4 励磁电流对异种钢焊接弧的影响 |
| 5.4.1 励磁电流对焊接电弧的影响 |
| 5.4.2 励磁电流对异种钢焊接变形的影响 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况 |
| 致谢 |
（4）中厚板非对称角根焊GTAW电弧-熔池耦合模型数值模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究目的及意义 |
| 1.2 GTAW焊接电弧和熔池数值模拟研究现状 |
| 1.2.1 GTAW电弧行为数值模拟研究进展 |
| 1.2.2 GTAW熔池行为数值模拟研究进展 |
| 1.2.3 GTAW电弧-熔池耦合模型数值模拟研究进展 |
| 1.3 角焊缝数值模拟研究现状 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第二章 非对称角根焊焊接电弧与熔池有限元仿真理论基础 |
| 2.1 非对称焊接电弧的物理特性 |
| 2.1.1 电弧阴极区的物理特性 |
| 2.1.2 电弧弧柱区的物理特性 |
| 2.1.3 电弧阳极区的物理特性 |
| 2.2 非对称焊接熔池的物理特性 |
| 2.3 流体动力学基础 |
| 2.3.1 质量守恒方程 |
| 2.3.2 动量守恒方程 |
| 2.3.3 能量守恒方程 |
| 2.4 传热学基础 |
| 2.4.1 热传导 |
| 2.4.2 热对流 |
| 2.4.3 热辐射 |
| 2.5 电磁学基础 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 非对称角根焊GTAW电弧-熔池耦合数学模型 |
| 3.0 模型建立基本假设 |
| 3.1 控制方程 |
| 3.2 几何模型的建立及网格划分 |
| 3.3 无限元域的设定 |
| 3.4 计算域和边界条件的确定 |
| 3.5 材料属性 |
| 3.6 非对称角根焊电弧-熔池模型耦合计算 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 试验方案设计及仿真试验验证 |
| 4.1 试验设备及工艺参数 |
| 4.1.1 试验设备 |
| 4.1.2 试验材料 |
| 4.1.3 焊接工艺参数 |
| 4.2 焊接电弧计算结果试验验证 |
| 4.2.1 采集焊接电弧温度场及形态试验方法 |
| 4.2.2 焊接电弧温度场试验验证 |
| 4.3 工件熔透计算结果试验验证 |
| 4.3.1 采集工件熔透信息试验方法 |
| 4.3.2 工件熔透结果试验验证 |
| 4.4 测量角变形试验 |
| 4.4.1 测量角变形试验方法 |
| 4.4.2 角变形结果试验验证 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 焊接参数对非对称角根焊焊接质量的影响 |
| 5.1 焊接电流对非对称角根焊焊接质量的影响 |
| 5.1.1 焊接电流对非对称角根焊焊接电弧的影响 |
| 5.1.2 焊接电流对非对称角根焊熔透成形的影响 |
| 5.1.3 焊接电流对非对称角根焊焊后角变形的影响 |
| 5.2 焊枪角度对非对称角根焊焊接质量的影响 |
| 5.2.1 焊枪偏转电弧-熔池耦合模型的建立 |
| 5.2.2 焊枪角度对非对称角根焊焊接电弧的影响 |
| 5.2.3 焊枪角度对非对称角根焊熔透成形的影响 |
| 5.2.4 焊接角度对非对称角根焊焊后角变形的影响 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 不足与展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况 |
| 致谢 |
（5）水下湿法FCAW熔池、气泡和电弧动态演变过程的数值分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 引言 |
| 1.1 选题意义 |
| 1.2 水下焊接研究概况 |
| 1.2.1 水下干法电弧焊 |
| 1.2.2 水下激光焊 |
| 1.2.3 水下摩擦焊 |
| 1.2.4 水下湿法焊接 |
| 1.3 水下湿法FCAW研究概况 |
| 1.3.1 水下湿法FCAW工艺的特点 |
| 1.3.2 水下湿法FCAW工艺过程的调控与改善 |
| 1.4 水下焊接过程数值模拟的研究概况 |
| 1.4.1 水下焊接热传导及应力变形 |
| 1.4.2 水下局部干法焊接排水过程 |
| 1.4.3 水下焊接电弧 |
| 1.5 当前研究存在的问题及本文主要工作 |
| 第2章 水下湿法FCAW物理过程检测 |
| 2.1 水下湿法FCAW物理过程检测平台 |
| 2.1.1 焊接实验单元 |
| 2.1.2 电参数实时采集单元 |
| 2.1.3 视觉检测单元 |
| 2.1.4 红外测温装置 |
| 2.1.5 热电偶测温装置 |
| 2.2 气泡动态行为 |
| 2.3 熔滴过渡及电弧行为 |
| 2.4 焊缝成形尺寸及特征 |
| 2.5 红外测温装置的改进 |
| 2.6 热电偶测温结果 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 水下湿法FCAW热传导过程的数值模拟 |
| 3.1 水下湿法FCAW热传导数值模型 |
| 3.1.1 计算区域及网格划分 |
| 3.1.2 控制方程及求解方法 |
| 3.1.3 边界条件和初始条件 |
| 3.1.4 相变的计算方法 |
| 3.1.5 FCAW热源模型 |
| 3.1.6 水下湿法FCAW模型的优化 |
| 3.1.7 工件热物性参数 |
| 3.2 计算结果与讨论 |
| 3.2.1 水下湿法FCAW与陆上FCAW温度场的差异 |
| 3.2.2 水深对水下湿法FCAW焊接的影响 |
| 3.2.3 水流速度对水下湿法FCAW焊接的影响 |
| 3.3 实验验证 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 水下湿法FCAW熔池流动与传热过程的数值模拟 |
| 4.1 水下湿法FCAW熔池流动与传热模型 |
| 4.1.1 计算区域及网格划分 |
| 4.1.2 VOF模型 |
| 4.1.3 控制方程组 |
| 4.1.4 熔渣设置 |
| 4.1.5 动量方程源项 |
| 4.1.6 边界条件 |
| 4.1.7 焊接工艺参数及材料热物性参数 |
| 4.2 熔池受热受力分布 |
| 4.3 熔滴冲击过程 |
| 4.4 熔池动态演变 |
| 4.5 熔渣的影响 |
| 4.6 实验验证 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 水下湿法FCAW电弧与气泡动态演变过程的数值模拟 |
| 5.1 水下湿法FCAW电弧及气泡的特点 |
| 5.2 水下湿法FCAW电弧及气泡数值模型 |
| 5.2.1 模型的简化与假设 |
| 5.2.2 计算区域 |
| 5.2.3 气—水两相界面的“VOF+Level-Set”耦合处理 |
| 5.2.4 控制方程组 |
| 5.2.5 电磁场耦合方程组 |
| 5.2.6 边界条件 |
| 5.2.7 求解流程与电弧产热的修正 |
| 5.2.8 PISO数值算法 |
| 5.2.9 水下电弧的物性参数 |
| 5.3 模拟结果与分析 |
| 5.3.1 电弧气泡形貌的动态演变 |
| 5.3.2 气泡动态演变的实验验证 |
| 5.3.3 电弧及气泡内的流场分析 |
| 5.3.4 电弧温度场动态过程 |
| 5.3.5 电弧热流密度与电流密度 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间已发表的论文 |
| 攻读博士学位期间参与的科研项目 |
| 附件 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（6）污泥处理用热等离子体基本特性及污泥处理产物特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 污泥的产生现状及处置技术 |
| 1.2 等离子体技术概况 |
| 1.3 热等离子体技术在环境领域中的应用概述 |
| 1.4 热等离子体技术处理污泥的研究进展 |
| 1.5 热等离子体数值模拟研究进展 |
| 1.6 课题研究内容 |
| 2 实验原料、装置与方法 |
| 2.1 实验原料 |
| 2.2 实验装置 |
| 2.3 实验设备与试剂 |
| 2.4 实验方法 |
| 2.5 数值模拟算法 |
| 3 热等离子体多物理场模型及数值模拟研究 |
| 3.1 热等离子体模型建立与研究 |
| 3.2 热等离子体数值模拟初步研究 |
| 3.3 非转移弧热等离子体及射流模拟研究 |
| 3.4 基于温度场的反应器初步设计 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 热等离子体及射流基本特性实验研究 |
| 4.1 热等离子体伏安特性研究 |
| 4.2 热等离子体发射光谱诊断 |
| 4.3 热等离子体射流特性研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 热等离子体处理污泥的基本特性实验研究 |
| 5.1 污泥属性研究 |
| 5.2 热等离子体处理污泥初步试验研究 |
| 5.3 热等离子体处理污泥气体产物特性研究 |
| 5.4 热等离子体处理污泥固体残渣研究 |
| 5.5 固体残渣理化特性研究 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 总结、展望和创新点 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 攻读博士学位期间所着论文目录 |
（7）熔焊热过程与熔池行为数值模拟的研究进展（论文提纲范文）
| 0前言 |
| 1 焊接电弧传输机制的数值分析 |
| 1.1 GTAW电弧的数值分析 |
| 1.2 GMAW电弧的数值分析 |
| 2 熔滴过渡行为的数值分析 |
| 3 高速焊接焊缝成形缺陷的数值分析 |
| 3.1 咬边缺陷的数值分析 |
| 3.2 驼峰焊道缺陷的数值分析 |
| 4 PAW小孔与熔池行为的数值分析 |
| 4.1 PAW传热与流动模型 |
| 4.2 等离子弧-熔池一体化PAW数值模型 |
| 5 激光焊小孔与熔池行为的数值分析 |
| 5.1 体积热源模型 |
| 5.2 预置小孔形状的数值模型 |
| 5.3 小孔动态演变的数值模型 |
| 5.4 小孔内气相的模拟 |
| 6 激光-电弧复合焊接的数值模拟 |
| 7 结论与展望 |
（8）非熔化极焊接电弧仿真研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 前言 |
| 1.2 研究背景与意义 |
| 1.3 电弧等离子体国内、外研究现状 |
| 1.3.1 自由燃烧等离子体电弧数值模拟 |
| 1.3.3 约束等离子体数值模拟 |
| 1.3.4 发展趋势 |
| 1.4 课题的研究内容 |
| 第2章 等离子体及FLUENT软件介绍 |
| 2.1 热等离子体的热力学状态 |
| 2.2 电弧等离子体的组成及其特性 |
| 2.3 FLUENT软件的介绍 |
| 2.4 UDF和UDS介绍 |
| 第3章 等离子电弧物理模型建立 |
| 3.1 电弧物理模型分析 |
| 3.2 控制方程 |
| 3.3 电弧模型的网格划分 |
| 3.4 求解计算 |
| 3.4.1 确定计算模型及材料物理属性 |
| 3.4.2 边界条件及初始化 |
| 本章小结 |
| 第4章 自由电弧研究 |
| 4.1 自由电弧的电磁场分布 |
| 4.2 自由电弧温度场分布特性 |
| 4.3 自由电弧速度场 |
| 4.4 自由电弧压强场 |
| 本章小结 |
| 第5章 等离子弧焊接电弧研究 |
| 5.1 焊接电流对等离子弧焊电弧形态的影响 |
| 5.1.1 焊接电流对等离子弧焊电磁场的影响 |
| 5.1.2 焊接电流对等离子弧焊电弧温度场影响 |
| 5.1.3 焊接电流对等离子弧焊速度场影响 |
| 5.1.4 焊接电流对等离子弧焊电弧压强的影响 |
| 5.1.5 不同焊接电流对等离子弧焊电压影响 |
| 5.2 等离子气流量对等离子弧焊电弧形态的影响 |
| 5.2.1 等离子气流量对等离子弧焊电弧温度场的影响 |
| 5.2.2 等离子气流量对轴向速度分布的影响 |
| 5.2.3 等离子气流量对等离子弧焊电弧压力的影响 |
| 5.3 钨极内缩量对等离子弧焊电弧形态的影响 |
| 5.3.1 钨极内缩量对等离子弧焊电磁场的影响 |
| 5.3.2 钨极内缩量对等离子弧焊电弧温度场影响 |
| 5.3.3 内缩量对等离子弧焊电弧流速的影响 |
| 5.3.4 内缩量对等离子弧焊电弧压力的影响 |
| 5.4 喷嘴孔径对等离子弧焊的影响 |
| 5.4.1 喷嘴孔径对等离子弧焊电磁场的影响 |
| 5.4.2 喷嘴孔径对等离子弧焊温度场影响 |
| 5.4.3 喷嘴孔径对等离子弧焊速度场影响 |
| 5.4.4 喷嘴孔径对等离子弧焊电弧压力的影响 |
| 5.5 不同算法对等离子弧焊电弧温度场影响 |
| 5.6 等离子弧焊电弧压缩状态 |
| 5.7 等离子弧焊电弧的流动状态 |
| 本章小结 |
| 第6章 等离子电弧形态试验 |
| 6.1 实验设备 |
| 6.2 不同焊接参数下等离子弧焊电弧形态 |
| 6.3 不同热丝电流下等离子弧焊熔滴过渡 |
| 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文 |
| 致谢 |
（9）电弧加热等离子体流动特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 磁流体动力学数值模拟研究概况 |
| 1.3 等离子体热力学属性和输运系数的研究概况 |
| 1.4 直流电弧等离子体炬数值模拟概况 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 2 空气中自由燃烧电弧的磁流体动力学研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 物理模型 |
| 2.2.1 基本假设 |
| 2.2.2 控制方程 |
| 2.3 基于FLUENT的等离子电弧数值模拟 |
| 2.3.1 热等离子体的热力学属性和输运系数 |
| 2.3.2 边界条件和初始化设置合理性分析 |
| 2.3.3 对于电流连续方程边界条件和初始化设置的合理性讨论 |
| 2.4 分析计算结果讨论 |
| 2.4.1 比较与分析 |
| 2.4.2 改进计算模型 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 等离子体炬仿真与实验研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 物理模型 |
| 3.2.1 基本假设 |
| 3.2.2 热等离子体物性参数 |
| 3.3 计算结果与分析 |
| 3.4 等离子体炬实验研究 |
| 3.4.1 红外测温实验 |
| 3.4.2 射流远场PIV实验 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 超音速等离子体炬数值模拟研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 物理模型 |
| 4.2.1 基本假设 |
| 4.2.2 计算区域及边界条件 |
| 4.2.3 热等离子体物性参数 |
| 4.3 计算结果与分析 |
| 4.4 工程结构改进 |
| 4.4.1 改进意义 |
| 4.4.2 解决方案 |
| 4.4.3 结构设计 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 双阳极等离子体炬数值模拟研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 物理模型 |
| 5.2.1 基本假设 |
| 5.2.2 计算区域及边界条件 |
| 5.3 计算结果与分析 |
| 5.4 双阳极超音速等离子体喷枪设计 |
| 5.4.1 设计目的 |
| 5.4.2 解决方案 |
| 5.4.3 方案的优点 |
| 5.5 结论 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
（10）耦合电极的磁分散电弧等离子体的数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 电弧热等离子体 |
| 1.1.1 电弧等离子体发生器 |
| 1.1.2 电弧等离子体控制 |
| 1.1.3 磁分散电弧 |
| 1.2 电弧的物理性质及模拟计算 |
| 1.2.1 电弧的物理性质 |
| 1.2.2 电弧等离子体数值模拟 |
| 1.3 本文的主要研究内容及结构 |
| 第2章 耦合电极的电弧等离子体模型 |
| 2.1 模型介绍 |
| 2.1.1 基本假设及控制方程 |
| 2.1.2 近电极区处理 |
| 2.2 物性参数的确定 |
| 2.3 FLUENT简介及模型在FLUENT上的实现 |
| 2.4 FLUENT模型适用性检验 |
| 第3章 磁分散电弧等离子体的二维模拟 |
| 3.1 基本方程与边界条件 |
| 3.2 计算结果及讨论 |
| 3.2.1 固定阴极模型与耦合阴极模型的计算结果的对比 |
| 3.2.2 阴极形状对等离子体传热与流动的影响 |
| 3.2.3 轴向磁感应强度对等离子体传热与流动的影响 |
| 3.2.4 入口气体速度对等离子体传热与流动的影响 |
| 3.2.5 电弧电流对等离子体流动与传热的影响 |
| 3.2.6 不同阴极材质对等离子体位形的影响 |
| 3.3 结论总结 |
| 第4章 轴向磁场对自由弧流动与传热的影响 |
| 4.1 自由电弧实验 |
| 4.2 自由电弧的稳态数值模拟计算 |
| 4.2.1 耦合阴极模型与固定阴极弧根模型计算结果的对比 |
| 4.2.2 轴向磁场对温度分布的影响 |
| 4.2.3 轴向磁场对流场的影响 |
| 4.2.4 轴向磁场对弧根和电极的影响 |
| 4.2.5 小结 |
| 第5章 大尺度磁分散电弧等离子体的数值模拟与实验对比 |
| 5.1 计算域及边界条件 |
| 5.2 结果讨论 |
| 5.3 结论 |
| 第6章 三维磁分散模拟的初步结果讨论 |
| 6.1 电弧等离子体的三维特性 |
| 6.2 初步结果与讨论 |
| 6.2.1 等离子体温度分布 |
| 6.2.2 阴极表面温度分布 |
| 6.3 小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 本文总结 |
| 7.2 后续工作的展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
四、自由燃烧电弧中传热与流动的数值模拟（论文参考文献）
- [1]炼钢工艺废钢熔化过程基础研究[D]. 高茗. 北京科技大学, 2021(08)
- [2]Y型坡口TIG打底焊熔池-熔孔行为的数值模拟[D]. 郝浩辰. 山东大学, 2021(09)
- [3]异种钢磁控电弧及焊接过程规律数值模拟研究[D]. 彭超龙. 天津工业大学, 2021(01)
- [4]中厚板非对称角根焊GTAW电弧-熔池耦合模型数值模拟[D]. 郭瑞. 天津工业大学, 2020
- [5]水下湿法FCAW熔池、气泡和电弧动态演变过程的数值分析[D]. 赵博. 山东大学, 2019
- [6]污泥处理用热等离子体基本特性及污泥处理产物特性研究[D]. 李铭书. 华中科技大学, 2018(01)
- [7]熔焊热过程与熔池行为数值模拟的研究进展[J]. 武传松,孟祥萌,陈姬,秦国梁. 机械工程学报, 2018(02)
- [8]非熔化极焊接电弧仿真研究[D]. 揣尧. 江苏科技大学, 2015(02)
- [9]电弧加热等离子体流动特性研究[D]. 陈浩. 南京理工大学, 2014(07)
- [10]耦合电极的磁分散电弧等离子体的数值模拟研究[D]. 白冰. 中国科学技术大学, 2012(04)