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专利号: 2019110871764
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种静电雾化铣削油雾浓度数值建模与评价方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤1:采用三维软件建立铣刀与喷嘴的三维铣削模型,所述三维铣削模型包括旋转A区域和静止B区域,所述旋转A区域为近铣刀壁面的小圆环体,所述静止B区域为远离铣刀壁面的大圆环体,旋转A区域和静止B区域形成装配关系,在旋转A区域和静止B区域的交界区域创建一致边界对;

步骤2:将步骤1建立的三维铣削模型导入仿真软件,并对三维铣削模型的旋转A区域和静止B区域进行网络剖分,得到仿真模型;

步骤3:采用基于冻结转子法的稳态方法计算仿真模型中铣刀在高速旋转时引起的气流场;

步骤4:以高斯定律为控制方程计算仿真模型的静电场;

步骤5:根据润滑油的化学分子式,计算得到润滑油的摩尔质量;

步骤6:根据润滑油的摩尔质量及工作流量,计算得到单位时间通过喷嘴截面的摩尔通量;

步骤7:以步骤6得到的单位时间通过喷嘴截面的摩尔通量设置通量入口条件,根据菲克扩散定律、对流和电场迁移传递机理,耦合步骤3中的气流场和步骤4中的静电场的解,通过瞬态方法计算得到仿真模型的油雾浓度分布情况;

步骤8:将步骤7得到的油雾浓度转换成油雾质量浓度场,对油雾质量浓度场进行后处理,得到油雾浓度分布云图以及模型内任一点的油雾浓度时变图;

步骤9:根据油雾浓度分布云图以及仿真模型内任一点的油雾浓度时变图,可实时获取模型内各个点和区域在不同时刻的油雾浓度情况。

2.根据权利要求1所述的一种静电雾化铣削油雾浓度数值建模与评价方法,其特征在于:所述步骤2中,在旋转A区域使用动网格进行网格剖分,在静止B区域使用静网格进行网络剖分,对模型锐角区域添加角细化节点,对旋转A区域和静止B区域的交界区域添加边界层节点,得到仿真模型。

3.根据权利要求1所述的一种静电雾化铣削油雾浓度数值建模与评价方法,其特征在于:所述步骤3中采用基于冻结转子法的稳态方法计算仿真模型中铣刀在高速旋转时引起的气流场,其计算公式如下:湍流粘度模型为:

其中,ρ为空气密度,Cμ为模型常数,k为湍流动能,ε为湍流耗散率;

k的输运方程为:

ε的输运方程:

其中,Cμ,Cε1,Cε2,σk,σε为仿真模型常数,u为气流场,μ为流体粘度系数。

4.根据权利要求1所述的一种静电雾化铣削油雾浓度数值建模与评价方法,其特征在于:所述步骤4具体包括以下步骤:将仿真模型中的喷嘴接负高压,铣刀接地;

根据下式计算得到仿真模型的静电场:

D=ε0εrE                                                      (7)其中,E为静电场强度,D为电位移,ρv为点电荷密度,V为电压,ε0为真空介电常数,εr为相对介电常数。

5.根据权利要求1所述的一种静电雾化铣削油雾浓度数值建模与评价方法,其特征在于:所述步骤6中采用下式计算得到单位时间通过喷嘴截面的摩尔通量;

其中,J0为单位时间内通过喷嘴的摩尔通量,M为润滑油的摩尔质量,s为喷嘴的横截面积,l为润滑油的流量,ρp为润滑油密度。

6.根据权利要求1所述的一种静电雾化铣削油雾浓度数值建模与评价方法,其特征在于:所述步骤7中采用如下计算公式得到油雾浓度分布情况:I=nq                             (17)q=ez                             (18)其中,J为扩散通量矢量,u为气流场,c为油雾浓度,Di为扩散系数,F为法拉第常数,V为电压,z为离子电荷数,um为迁移率,I为雾化电流,n为润滑油物质的量,e为单个电子带电量,R为摩尔气体常数,T为温度。

7.根据权利要求1或6所述的一种静电雾化铣削油雾浓度数值建模与评价方法,其特征在于:所述步骤8中采用式(20)将步骤7得到的油雾浓度转换成油雾质量浓度场:cm=cM                          (20)其中,c为步骤7得到的油雾浓度,cm为基于质量的油雾浓度。

8.根据权利要求1所述的一种静电雾化铣削油雾浓度数值建模与评价方法,其特征在于:还包括步骤10:根据模型内各个点和区域在不同时刻的油雾浓度情况,得到静电雾化铣削时工作环境的空气质量情况。