射流喷涂两相流的动力学分析

射流喷涂在工业上有着广泛的应用，如纺织工业中节能降耗效果十分明显的复贴技术，热喷涂中热障涂层的形成等。它包括三个过程：射流的产生；颗粒在两相流中的传动、传热和传质；液体颗粒撞击基板后的变形和沉积。过程中有复杂的物理现象，如低温雾化射流中的一次雾化和二次雾化，液体颗粒沉积过程中惯性力、表面张力、重力的作用等，这些物理现象对工业产品的质量有着直接影响。本研究拟对射流喷涂的全过程进行研究，以理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方式，重点考虑高粘度液体的雾化特性和雾化条件（一次雾化），二次雾化过程中粒子碰撞产生合并、反弹、破碎的条件，及其对二次雾化效果的影响和液体颗粒撞击基板后的变形和沉积规律。摸清射流喷涂三阶段的运动学、动力学规律，揭示射流喷涂的机理，为研发节能降耗型的喷涂式新型设备奠定理论基础和提供设计依据。

射流喷涂在工业上有着广泛的应用，它包括三个过程：射流的产生；颗粒在两相流中的传动、传热和传质；液体颗粒撞击基板后的变形和沉积。喷涂过程中复杂的物理现象对工业产品的质量有着直接影响。本项目针对整个喷涂工艺中的颗粒在两相流中传动和传质的关键过程，在利用大涡模拟方法求解获得射流场的基础上，利用颗粒群平衡分布方程及泰勒展开矩方法，模拟了初始体积浓度大于0.1%而不能继续使用经典SMOLUCHOWSKI碰撞凝并理论的颗粒群扩散、碰撞、凝并的时空演变过程，并细致对比分析了两个高浓度颗粒增强因子模型在实际射流场中的异同；还利用颗粒轨道模型，研究了针对不同质量流率、不同尺寸跨度的微纳米颗粒的输运及扩散特性。获得了基于泰勒展开矩求解方法的高浓度颗粒间碰撞核的源项表达式；总结得到了流场微观涡结构及宏观特征量等信息对悬流于其中的液滴/颗粒的扩散、凝并等动力学行为的影响规律，为射流喷涂工程设计提供了理论支撑。