电喷镀阳极喷嘴的流场仿真及试验.pdf

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1、第30卷第4期机械设计与研究Vo1．30No．42014年8月MachineDesignandResearchAUG．，2014文章编号：1006—2343(2014)04—130-04电喷镀阳极喷嘴的流场仿真及试验陈超，康敏，王颖，傅秀清，王兴盛。(1．南京农业大学工学院，南京210031，E—mail：857103498@qq．corn2．江苏省智能化农业装备重点实验室，南京210031)摘要：针对平面式和直纹曲面的电喷镀阳极喷嘴流场设计，以电镀液的流道为物理模型建立了相应的数值模型，应用计算流体力学方法对流场的数值模型进行求解应用。单相流模拟喷嘴内液体流动情况，VOF多

2、相流模型模拟分析喷射液柱与空气混合状态，研究3-件表面镀液分布情况。根据仿真结果，并结合试验，确定最优的阳极喷嘴设计结构。关键词：CFD；VOF；阳极喷嘴；流场仿真中图分类号：TG662文献标识码：AResearchonFlowSimulationandExperimentofElectricPlatingWithAnodeNozzleChenChao，KangMin，WangYing，FuXiuqing，WangXingsheng(1．CollegeofEngineering，NanjingAgriculturalUniversity，Nanjing210031，China

3、；2．JiangsuKeyLaboratoryforInteUigentAgriculturalEquipment，Nanjing210031，China)Abstract：Todesigntheflowfieldofinner—anodenozzleinelectricplatingonflatandruledsurfaces，anumericalmodelwasbuiltaccordingtothephysicalmodeloftheelectrolyteflowchannel，andthecomputationalfluiddynamics(CFD)methodwasa

4、ppliedtosolvethenumericalmode1．Usingsingle—phasemodelsimulatestheflowconditionbasedontheanodegeometrymode1．VOFmodelisusedtosimulatetheinterfacebetweentwo—phase(gasandliquid)andtheliquiddistributiononworkpiece．Theoptimizationdesignofanodenozzleisdeterminedbytheresultsofsimulationandexperimen

5、ts．Keywords：CFD；VOF；anodenozzle；fluidfieldsimulation数控电喷镀是一种快速沉积的工艺方式，是在普通电刷喷射后的气液混合状态，对液体表面进行跟踪，研究镀液在镀的基础之上结合数控技术发展起来的。该项技术将含有工件表面的状态分布，在仿真的基础之上设计合理的阳极喷高浓度金属离子的电镀液通过液泵以一定流量、流速流过阳嘴结构，并通过工艺试验证明仿真结果。极喷嘴与阴极工件构成的电镀空间，并在计算机的控制下使镀液入口阴极工件表面获得细晶镀层，加工原理见图1。当流速达到一定临界数值，电镀液处于紊流状态，扩散层被打乱，传质过程得以强化，抑制浓差极

6、化，加大电化学极化倾向，提高电流密度⋯。电喷镀阳极喷嘴是电镀试验装置的重要组成部分，喷嘴型腔结构会对两极之间的流场分布产生影响，形成不均匀的间隙分布，从而影响镀层的表面质量J。因此，需要设计出结构合理的阳极喷嘴。本文通过CFD软件建立流场数学模型，根据工艺参数o设置边界条件，利用该软件对阳极喷嘴以及两极之间的二维流场进行模拟仿真，研究镀液在喷嘴内部及加工区域内流动状态与压力分布。使用VOF多相流模型模拟加工区域液柱▲图1加工原理图1阳极喷嘴结构设计收稿日期：2013一l1—18对于平面式或直纹曲面式加工，阳极喷嘴通常设计成直基金项目：南京农业大学工学院引进人才科研启动基金资助

7、项目(Rcqdl1—05)；江苏省普通高校研究生科研创新计划资助项目线性刃口。本文设计两种喷嘴结构，双刃边喷嘴和单刃边喷(Cxzzl2—0271)嘴，二者均采用圆柱棒简单加工而成，入口为30mm，喷口以第4期陈超等：电喷镀阳极喷嘴的流场仿真及试验131及侧壁宽度均为2mill，其结构简图以及俯视图如图2所示。(P，()为湍动粘度；G为由于平均速度梯度引起的湍动能k的产生项；C。、CC2、or、为模型常数，根据Laun—ilder等的推荐值及实验验证，分别取值为：C。=0．99、C。=1．44，C2=1．