介尺度通道流場(chǎng)流態(tài)變化特性的研究——以電化學(xué)光整加工極間電解液流場(chǎng)為例.pdf

1、電化學(xué)光整加工(Electrochemical machining,ECM)是利用電化學(xué)過(guò)程中的氧化還原反應(yīng)來(lái)溶解或者增加金屬材料的技術(shù)。其加工效果受到電源系統(tǒng)、電解液成分及供液方式等多種因素的影響外，還與加工間隙內(nèi)電場(chǎng)流場(chǎng)的分布以及各種電解產(chǎn)物排出狀況有著很大的關(guān)系。由于陰極與陽(yáng)極之間的間隙狹小，工件表面粗糙元的存在會(huì)對(duì)小尺度下電解液流動(dòng)產(chǎn)生比較大的影響，進(jìn)而影響陽(yáng)極溶解狀態(tài)。如果極間狀況惡劣會(huì)導(dǎo)致工件局部鈍化甚至短路燒傷，因此研究介

2、尺度通道流場(chǎng)流態(tài)變化特性對(duì)得到穩(wěn)定均勻的電解液流場(chǎng)，提高零件表面加工質(zhì)量具有重要意義。
　　本文介紹了電解液流動(dòng)方式對(duì)加工表面質(zhì)量的重要作用，論述了電場(chǎng)及流場(chǎng)的基礎(chǔ)理論及關(guān)系，分析了流場(chǎng)對(duì)電化學(xué)反應(yīng)傳質(zhì)的影響。通過(guò)Ansys軟件模擬了兩種不同形貌的粗糙元對(duì)小間隙流場(chǎng)流動(dòng)的影響，得到了壓強(qiáng)分布狀態(tài)、湍動(dòng)情況及加工區(qū)域內(nèi)流場(chǎng)速度矢量圖。另一方面，為更清楚的研究電解液流場(chǎng)對(duì)陽(yáng)極粗糙元的溶解作用機(jī)理，在有限元法的基礎(chǔ)上運(yùn)用Comsol M

3、ultiphysics軟件建立了極間流場(chǎng)幾何模型，探討了在不同加工時(shí)刻下電解液中電解質(zhì)濃度及電流密度變化原因。得到了流體剪切速率、粘性單元壁升力、湍流耗散率及電勢(shì)分布情況，計(jì)算出了不同時(shí)刻陽(yáng)極輪廓曲線，研究了因工件表面微觀形貌變化對(duì)極間電流場(chǎng)的影響。實(shí)驗(yàn)方面，使用CCD(Charge Coupled Device)相機(jī)對(duì)流體中粒子的影像進(jìn)行采集，將示蹤粒子的多次曝光圖像拍攝并記錄下來(lái)，與模擬對(duì)比進(jìn)一步證實(shí)結(jié)果，分析了陽(yáng)極輪廓形狀對(duì)極間流