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等离子割炬冷却系统分析

作　者: 许维革
导　师: 杨林；刘敏
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 机械工程
关键词: 等离子割炬流场分析热-流耦合分析
分类号: TG483
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 85次
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内容摘要

近年来,等离子切割在板材切割中得到越来越广泛的应用。由于供氧、乙炔麻烦,生产效率低,加工质量差,过去许多使用氧乙炔切割的金属材料,也渐渐地使用等离子切割。此外,还有很多金属,如铜、铝、不锈钢等,或因导热性强、或因熔点高、或切割时生成高熔点氧化物、或高粘度熔渣,不能采用氧乙炔切割。等离子切割主要是依靠高温高速的等离子弧及其焰流,把部分金属熔化及蒸发,并吹离基体,随着等离子割炬的移动而形成切缝。由于其弧柱的温度远远超过目前绝大部分金属及其氧化物的熔点,所以它可以切割的材料很多。等离子割炬是等离子切割系统中最关键的部件,同一台供电电源,使用不同的割炬,其切割效果可以大不相同。电极与喷嘴是割炬的易损件,提高其使用寿命是割炬设计的一个重要内容,而电极与喷嘴冷却的好坏是影响其使用寿命的一个重要因素。本文设计了一种等离子割炬,并使用CFD软件COSMOS/FloWorks对电极与喷嘴的冷却水道进行流场仿真分析。从仿真结果对初步设计的冷却水道进行分析,得出其结构存在的不合理性,从而对其结构进行改进,使冷却水道更加有利于电极与喷嘴的冷却。为了更好地分析电极与喷嘴冷却的实际效果,还对其进行了热—流耦合分析,并对冷却水的流速进行了讨论。由于电极与喷嘴是在水流场与温度场两个物理场同时作用下工作的,所以有必要对其进行热—流耦合分析,并确定其合理的结构。本文主要是设计了一种等离子割炬,并对初步设计的割炬进行仿真分析,从而得出了一些有益的结论,能对以后的割炬设计有一定的参考作用。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-24
  1.1 等离子体简介  10-11
  1.2 等离子切割  11-18
    1.2.1 等离子弧简介  12
    1.2.2 等离子弧的种类:  12-14
    1.2.3 等离子弧与一般电弧的区别  14-15
    1.2.4 等离子弧的特点  15
    1.2.5 等离子切割工作原理  15-16
    1.2.6 等离子切割工艺特点  16-18
  1.3 等离子切割在热切割中的地位  18-21
  1.4 等离子切割的发展  21-22
  1.5 本文的主要工作  22-24
第二章等离子割炬结构设计  24-37
  2.1 等离子割炬设计的基本要求  24-25
  2.2 气室结构  25-28
  2.3 电极结构  28-31
  2.4 喷嘴结构  31-33
  2.5 冷却水系统  33-34
  2.6 割炬结构的初步设计  34-35
  2.7 本章小结  35-37
第三章喷嘴与电极冷却水道流场仿真分析  37-60
  3.1 计算流体力学  37-39
  3.2 喷嘴冷却水道流场仿真分析  39-50
    3.2.1 边界条件与求解设置  39-40
    3.2.2 仿真结果分析  40-43
    3.2.3 第一次结构改进及其仿真结果分析  43-48
    3.2.4 第二次结构改进及其仿真结果分析  48-50
  3.3 电极冷却水道流场仿真分析  50-58
    3.3.1 结构1电极冷却水道流场仿真分析  50-52
    3.3.2 结构1改进电极冷却水道流场仿真分析  52-54
    3.3.3 结构2电极冷却水道流场仿真分析  54-55
    3.3.4 结构2改进电极冷却水道流场仿真分析  55-57
    3.3.5 结构2二次改进电极冷却水道流场仿真分析  57-58
  3.4 本章小结  58-60
第四章喷嘴与电极热—流耦合分析  60-80
  4.1 耦合分析  60
  4.2 喷嘴热—流耦合分析  60-73
    4.2.1 结构1喷嘴热—流耦合分析  61-67
    4.2.2 结构2喷嘴热—流耦合分析  67-73
  4.3 电极热—流耦合分析  73-78
    4.3.1 结构1电极热—流耦合分析  73-76
    4.3.2 结构2电极热—流耦合分析  76-77
    4.3.3 结构2改进电极热—流耦合分析  77-78
  4.4 本章小结  78-80
第五章结论  80-81
参考文献  81-84
致谢  84

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