高温熔体雾化过程中过热度的数值模拟

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1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2018.01.014高温熔体雾化过程中过热度的数值模拟王书桓，崔少璞，赵定国，方云楚(华北理工大学冶金与能源学院，河北唐山063000）摘要：基于紧耦合气雾化喷嘴，运用Fluent软件对高温熔体雾化过程进行数值模拟，分析过热度对高温熔体雾化液滴凝固前飞行距离和液滴破碎程度的影响。结果表明，当过热度增大时，液滴的平均直径（SMD）有减小的趋势，有利于细化雾化颗粒的粒径；液滴的凝固前飞行距离相对比较平缓，中间有小幅的升高趋势。当过热度达到100℃时，液滴的破碎比较充分，

2、颗粒的平均直径满足生产的要求，熔体进行雾化后，其平均直径为52.886μm，液滴的飞行距离为32.68mm。关键词：雾化模型；过热度；平均直径；液滴飞行距离中图分类号：TF123.1+12文献标志码：A文章编号：1007-7545（2018）01-0000-00NumericalSimulationofSuperheatinAtomizationofSmFeMeltWANGShu-huan,CUIShao-pu,ZHAODing-guo,FANGYun-chu(MetallurgyandEnergyCollege,North

3、ChinaUniversityofScienceandTechnology,Tangshan063000,Hebei,China)Abstract：Basedonstructureofclose-couplednozzle,atomizationprocessofhightemperaturemeltwassimulatedwithFluentSofttoinvestigateinfluenceofsuperheatonflightdistanceofatomizeddropletsbeforesolidificationa

4、nddropletbreakupdegree.Theresultsshowthatitisbeneficialtorefineparticlesizeofatomizedparticleswhentheaveragediameter(SMD)dropswithriseofsuperheat.Flightdistanceofdropletsbeforesolidificationisrelativelyflatwithaslightriseinthisprogress.Whensuperheatreaches100℃,brea

5、kupofdropletsisrelativelysufficient,andtheaveragediameterofparticlesmeetsproductionrequirements.Averagediameterofparticlesis52.886μm,andflightdistanceofdropletsbeforesolidificationis32.68mmafteratomizationofmelt.Keywords：atomizationmodel;superheat;averagediameter;f

6、lightdistanceofdroplet用气雾化的方法可以制备高性能金属粉末[1-3]，但还存在很多不足[4]。工艺参数对气雾化影响非常大[5]，其中过热度主要影响了熔体的表面张力和黏度，对雾化过程有非常大的影响。熔体的表面张力和黏度越大，液滴越不容易发生形变或破碎，这两者直接反应了液滴维持自身形状和大小的能力。但关于过热度对熔体雾化过程的影响观点并不统一，一些学者认为过热度对雾化制粉影响很大，高过热度可以制备高性能的粉体，另外一些学者认为熔体过热度对雾化制粉没有多大影响[6-7]。OZBILEN等[8-9]研究发现，粉

7、末的粒度随着过热度的增大而减小，但是过热度达到一定温度后对雾化影响就不大。目前，关于用气雾化的方法制备铝粉、镁粉、锌粉的研究较多，工艺比较成熟[10-12]，但是用气雾化的方法制备钐铁粉体研究很少，所以选用钐铁作为雾化原料更有研究价值。但是雾化过程比较复杂，采用数值模拟来研究是一种方便有效的方法[13-15]。本文通过运用Fluent软件对钐铁熔体雾化过程进行数值模拟，探讨过热度对雾化后颗粒粒径的影响规律。1雾化模型与计算方法选择喷嘴的结构为紧耦合环缝状喷嘴，建立雾化系统模型，并对模型进行网格划分，采用Ansys软件里面的F

8、luent模块对雾化过程进行流体仿真模拟。雾化系统为轴对称，因此将整体模型简化成1/12模型，采用结构化网格，划分的总网格数大约为20万，并且对重点研究的喷嘴附近区域进行了网格加密（如图1a、1b所示）。气体从环缝状入口螺旋向下方流入，与从中心入口流入的钐铁熔体相互作用，当雾化完成后从雾化