D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1998.05.011 第20卷第5期 北京科技大学学报 Vol.20 No.5 1998年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing Oct.1998 喷射沉积过程中气体流场的测定及数值模拟 傅晓伟张济山孙祖庆 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要采用组合式皮托管测量的方法测量了喷射沉积过程中的雾化气体流场，并基于神经网络 的方法对流场进行数值模拟，获得了较为精确的雾化气体压力与流场中轴向气体速度之间的关 系，实现了对不同气压下气体流场的预测. 关键词喷射沉积：流场：神经网络 分类号TG394 在喷射沉积过程中如何控制各种工艺参数以获得良好质量的沉积坯是一个难题，国内外 的学者对此进行了研究，并提出了一些计算模型.雾化熔滴在气体雾化场中与气体之间交互 作用是决定最后沉积坯质量的一个重要因素，目前对于气体流场的描述都应用英国学者 B.Cantor的经验公式m,该公式常因喷嘴结构及雾化气体种类的不同而造成较大的误差，本 文提供了一种简便的测量方法，并结合人工神经网络的方法进行了数值模拟，建立了较为精 确的雾化压力与气体速度之间的关系， 1测量原理 实验采用皮托管的方法测量雾化场轴向的气 Imm 流速度.图1是本实验所用的组合式皮托管（即皮 3mm 托管与测压管组合成的一个整体)示意图. 14mm 28mm 对1,2两点列出贝努利方程式，可得 p/y'+v/2g=p。1y' (1) 式中，y'为流体重度(y=Pg),p及p。分别为1点 图1组合式皮托管示意图.上部为静压强曲线 与2点的压强，y为气体流速. 设速度水头为h,则可以导出流体的流速为： v=V2gp。-p)1y=V2p。-p)1p=V2gh (2) 因为有皮托管插人流体中，致使紧贴皮托管外表面处的流线上的静压强产生如图】中上 部曲线所示的变化.皮托管头部使流体静压强下降，而尾部使流体静压强上升.因此，当精确 计算时，还要对速度公式加以修正： v=C.v2gh (3) 式中，C称为流速系数.对于精确设计的皮托管，即当皮托管头部细小对流动干扰不大且静 1997-11-06收稿傅晓伟男，25岁，博士生 ·国家自然科学基金资助课题第 20 卷 19 8年 第 5期 10月 北 京 科 技 大 学 学 报 JO u r n a l o f U n i v e r s i t y o f 灰 i e n e e a n d T e e h n o l o g y B e i j i n g V o l . 2 0 N o . 5 《k t . 1 9 9 8 喷射沉积 过程中气体流场 的测定及数值模拟 傅晓伟 张 济 山 孙祖庆 北 京科技大学材料科学 与工 程学 院 , 北 京 10 00 83 摘要 采用组合式皮托管测量的方法测量 了 喷射 沉积过程 中的雾化气体 流场 , 并基 于神 经网络 的方法对 流场进行数值模拟 , 获得了较 为精 确的雾化气体 压力 与流 场中轴 向气体 速度 之 间的关 系 , 实现了对不 同气压下气体流场的预 测 . 关健词 喷射沉积 ; 流场; 神经 网络 分类号 T G 394 在 喷射 沉积过程中如何控制 各种工艺参 数 以 获得 良好 质 量的沉 积坯 是一个 难题 , 国 内外 的学 者对此 进行 了研究 , 并提 出了一些计 算模 型 . 雾化 熔 滴在 气体 雾 化场 中与气 体之 间交 互 作用 是决 定最 后沉 积坯质 量 的一 个 重 要 因 素 , 目 前 对于 气体流 场 的 描 述 都应 用 英 国学 者 B . C a n ot r 的经验公式 川 , 该公式 常因喷 嘴结 构及 雾化 气体 种类 的不 同而 造成 较大 的 误差 . 本 文提 供了一种简便的测量方法 , 并 结合人 工 神经 网络 的 方法 进行 了数值模拟 , 建 立 了较 为精 确 的雾化压力 与气体速度之 间的关系 . 1 测量原理 实验采 用皮托管 的方法 测量雾 化场 轴 向的气 流速度 . 图 1 是本 实验所用 的组合式皮 托管 ( 即皮 托管 与测压管组合成的一 个整体 )示意 图 . 对 l , 2 两点列 出贝努利 方程式 , 可得 夕 / y , + v , / 2 9 = 夕。 / : ’ ( l ) 式 中 , y ` 为 流体重度 妙 ’ 二 p g ) , p 及 p 。分别 为 1 点 与 2 点的压 强 , , 为气体流速 . 设速度 水头为 h , 则可 以 导出流 体的流 速为 : 14 m 那 Zs m m ’ { 图 1 组合式皮托管示意 图 . 上部为静压强曲线 、 一 丫2 9 , 。 一 : ) /: 一 丫2印 。 一 川 / p 一 拒酥 (2 ) 因为 有皮 托管插人流体 中 , 致使 紧贴皮 托管外 表 面处的流 线上 的静压 强产生 如 图 1 中上 部 曲线 所 示 的 变化 . 皮托管头部 使流 体静 压强 下 降 , 而 尾 部使 流 体静 压强 上 升 . 因此 , 当精确 计算 时 , 还要 对 速度公式加以 修正 : 、 = C 拒丽 (3j 式 中 , c ,称 为 流 速系数 . 对于 精确设 计 的皮托 管 , 即 当皮 托 管 头部 细 小 对流 动 干扰 不 大且 静 19 9 7 一 1 1 . 0 6 收稿 傅晓伟 男 , 25 岁 , 博 士生 . 国家 自然科 学基金 资助 课 题 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1998. 05. 011