雾化介质对气-熔体两相流影响机制的数值模拟及试验研究

气雾化技术成为生产高性能金属粉末的主要方法，是当今材料科学与工程领域十分活跃的研究方向之一，并且是满足我国高新技术产业发展所需材料的关键。其中雾化介质决定了喷嘴产生的气流密度、速度、粘度、比热及导热系数等，对所得粉体性能产生较大影响。本项目以雾化器中气-熔体两相耦合流场为研究对象，采用计算流体动力学（CFD）数值模拟和实验室试验表征两种手段，开展雾化介质（气体类型和气体温度）与流场结构、熔体破碎机制和粉体性能的相关性研究。具体包括：雾化介质属性与导液管顶端抽吸压力形成、变化等之间的关系；不同雾化介质条件下，雾化器内气-熔体两相流场计算流体动力学建模与求解；雾化介质属性对所得粉体性能影响的模拟计算与试验表征。本项目将为气雾化技术制备高性能粉体材料提供重要的理论和试验依据，并为预测不同条件下雾化器工作的稳定性提供科学判据。

气雾化技术成为生产高性能金属粉末的主要方法，是当今材料科学与工程领域十分活跃的研究方向之一，并且是满足我国高新技术产业发展所需材料的关键。其中雾化介质决定了喷嘴产生的气流密度、速度、粘度、比热及导热系数等，对所得粉体性能产生较大影响。本项目对气雾化导液管顶端抽吸压力、雾化气流场、金属粉体性能受雾化介质影响进行了数值模拟和试验研究。结果表明，在（0.5~4.0MPa）雾化压力范围内，抽吸压力皆呈负压状态，但抽吸压力变化分三阶段，随着雾化压力的增加，首先抽吸压力减小；然后逐渐增大，并达到一个最大值；最后又逐渐降低；试验测量结果与数值模拟结果相一致。通过四种气体的雾化流场模拟结果可以发现，氩气和氦气的速度流场中并没有产生明显的马赫碟现象，氮气和空气雾化流场有明显马赫碟产生，同时相同气压条件下，流场中心线上的速度由氩气、空气、氮气到氦气逐渐增大。通过对气体温度对雾化流场影响的数值模拟结果表明，气雾化流场中心线上气流速度随雾化温度的升高而升高。气体压力对雾化流场影响的研究结果表明，随着P0的增大，流场内气流达到的最大速度逐渐增加，且导液管顶端径向分布的静压强存在一个压强梯度，并且随着雾化压强的增加而增大。对不同雾化气体（空气、氩气、氮气和氦气）制备的AlNi合金粉末进行了表征，并研究了雾化介质对粉末粒度、表面形貌、内部组织和相组成等。