【摘 要】
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SiC颗粒增强铝基复合材料由于其优异的高比强度、高比刚度、高耐磨性等力学性能和良好的可加工性,被认为是最具有竞争力的复合材料品种之一。液态金属搅拌法被广泛的应用于该复合材料的制备当中,其中,搅拌容器内流场和SiC颗粒分散行为直接影响复合材料的综合性能,对两者的探究可为液态金属搅拌法制备复合材料的工业应用提供参考。本文针对机械搅拌作用下SiC颗粒和流体两相流体系,以ANSYS-FLUENT为模拟平台
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SiC颗粒增强铝基复合材料由于其优异的高比强度、高比刚度、高耐磨性等力学性能和良好的可加工性,被认为是最具有竞争力的复合材料品种之一。液态金属搅拌法被广泛的应用于该复合材料的制备当中,其中,搅拌容器内流场和SiC颗粒分散行为直接影响复合材料的综合性能,对两者的探究可为液态金属搅拌法制备复合材料的工业应用提供参考。本文针对机械搅拌作用下SiC颗粒和流体两相流体系,以ANSYS-FLUENT为模拟平台,建立搅拌容器几何模型,确立相关的数学模型,通过测定水模拟实验与数值模拟结果对比,验证数值模拟的可行性。采用VOF（Volume of Fluid）法,模拟搅拌容器内自由液面波动和流场特性,定性分析流场对SiC颗粒运动分散的影响;采用欧拉法模拟分析不同SiC颗粒加料方式下气-液-固三相流的混合特性。引入相对标准偏差（Relative Standard Deviation,RSD）评价SiC颗粒的分散程度,探究在搅拌桨转速和浸入深度对SiC颗粒分布的影响,定量研究SiC颗粒的弥散;采用基于欧拉-拉格朗日方法的离散相模型（Discrete Phase Model,DPM）,辅助研究SiC颗粒在流场中的空间分散过程和运动轨迹。主要研究结果如下:搅拌初期,自由液面中心处出现短暂的上涌现象,随着搅拌的进行,自由液面回落并最终形成稳定的V字型漩涡;容器内流体介质流动的最大速度位于搅拌桨叶片端部;流场中环流区有利于SiC颗粒的运动分散,容器底部低流速区阻碍颗粒的弥散;初始时刻SiC颗粒在自由表面上方均匀平铺的投料方式在搅拌达到稳态后颗粒的分散效果较好,底部平铺的投料方式效果较差;增大搅拌桨转速和浸入深度有助于SiC颗粒在容器中的分散,当搅拌桨转速为410r·min-1,浸入深度为65mm时,SiC颗粒的分散效果较好,有利于提高成品质量;自由液面漩涡底部到达搅拌桨上端时,SiC颗粒开始进入叶片转动区域被打散,在叶片径向射流的作用下参与到流场环流中,从而达到SiC颗粒分散的目的。
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