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卸载式激光同轴送粉喷嘴的研制 被引量:8
1
作者 田凤杰 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第19期2298-2302,共5页
为了在激光快速成形过程中获得较高的粉末利用率并有效改善同轴喷嘴工作性能,研制了一种新型的载气卸载后送粉的激光同轴送粉喷嘴。应用气固两相流理论对卸载后的粉末被喷射出喷嘴后的粉末流场进行了分析计算,研究不同结构参数对粉末流... 为了在激光快速成形过程中获得较高的粉末利用率并有效改善同轴喷嘴工作性能,研制了一种新型的载气卸载后送粉的激光同轴送粉喷嘴。应用气固两相流理论对卸载后的粉末被喷射出喷嘴后的粉末流场进行了分析计算,研究不同结构参数对粉末流场浓度分布规律及粉末流的汇聚性能(汇聚焦距和聚焦半径)的影响规律,并进行了送粉试验研究。结果表明:同轴送粉喷嘴的汇聚性能主要受粉末流汇聚角、喷嘴半径和宽度的影响,且汇聚角影响较大;同轴送粉喷嘴采用环形直通道渐缩送粉结构和卸载载气的送粉形式,粉末流的汇聚性能明显提高,可以有效地提高粉末的利用率。建立了粉末流简化物理模型,所建模型对同轴送粉喷嘴的设计和性能优化具有一定参考价值。 展开更多
关键词 激光制造 同轴送粉 送粉喷嘴 载气卸载 结构优化
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激光熔覆载气式同轴送粉三维气流流场的数值模拟 被引量:6
2
作者 董辰辉 姚建华 +1 位作者 胡晓冬 陈智君 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期261-265,共5页
根据Navier-Stokes方程,采用COMSOL Multiphysics软件进行了载气式同轴送粉系统的三维气流流场数值模拟。结果显示熔覆层的存在会使其上方气流流速减小、压强增大、相应的气流流量减小,并得到了气流汇聚点距喷嘴的距离。
关键词 激光技术 同轴送粉 三维流场 数值模拟 NAVIER-STOKES方程 喷嘴
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功能梯度材料激光快速成形同轴送粉系统设计 被引量:4
3
作者 田凤杰 韩辉 《沈阳理工大学学报》 CAS 2008年第6期48-50,共3页
为了实现金属功能梯度材料激光快速成形制造,开发和研制了激光快速成形同轴送粉系统.该系统基于模块化设计思想,采用负压式气力输送原理,实时变比例进粉和同轴喷粉方法进行激光制备金属功能梯度材料零件.研究了三种金属粉末实时变比例... 为了实现金属功能梯度材料激光快速成形制造,开发和研制了激光快速成形同轴送粉系统.该系统基于模块化设计思想,采用负压式气力输送原理,实时变比例进粉和同轴喷粉方法进行激光制备金属功能梯度材料零件.研究了三种金属粉末实时变比例分配、粉末均匀混合和同轴喷射技术,推导出进粉时的实时变配比公式,并进行了试验研究.结果表明送粉系统送粉量稳定、均匀,喷嘴喷射会聚性良好. 展开更多
关键词 功能梯度材料 激光成形 同轴送粉 喷嘴
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激光熔覆同轴送粉过程分析及喷嘴结构设计 被引量:3
4
作者 刘衍聪 马立安 +2 位作者 李继涛 许鹏云 刘晓 《热加工工艺》 CSCD 北大核心 2015年第10期176-178,182,共4页
设计了一种可垂直拆卸的激光熔覆同轴送粉喷嘴及配套的分粉、送粉装置,采用四路粉流送粉,可用于重力送粉或载气送粉。粉末汇聚点与送粉通道间隙可调,满足熔覆不同特性粉末的要求,通过不同壁面倾角的下椎体,实现粉末汇聚焦点的无极调节... 设计了一种可垂直拆卸的激光熔覆同轴送粉喷嘴及配套的分粉、送粉装置,采用四路粉流送粉,可用于重力送粉或载气送粉。粉末汇聚点与送粉通道间隙可调,满足熔覆不同特性粉末的要求,通过不同壁面倾角的下椎体,实现粉末汇聚焦点的无极调节。对所设计喷嘴的送粉过程进行数值分析,其结果表明,该同轴送粉喷嘴粉末浓度分布平稳,汇聚性良好,验证了设计的合理性和可靠性。 展开更多
关键词 激光熔覆 同轴送粉喷嘴 送粉过程 数值分析
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Analysis of the Agglomeration of Powder in a Coaxial Powder Feeding Nozzle Used for Laser Energy Deposition
5
作者 Chenguang Guo Yu Sun +2 位作者 Qiang Li Haitao Yue Chuang Wang 《Fluid Dynamics & Materials Processing》 EI 2021年第2期349-370,共22页
To improve the agglomeration of powder in a coaxial powder feeding nozzle used in the frame of a laser energy deposition technique,the influence of several parameters must be carefully assessed.In the present study th... To improve the agglomeration of powder in a coaxial powder feeding nozzle used in the frame of a laser energy deposition technique,the influence of several parameters must be carefully assessed.In the present study the problem is addressed by means of numerical simulations based on a DEM-CFD(Discrete Element Method and Discrete Element Method)coupled model.The influence of the powder flow concentration,powder flow focal length and the amount of powder at the nozzle outlet on the rate of convergence of the powder flow is considered.The role played by the nozzle outlet width,the angle between the inner and outer walls and the powder incident angle in determining the powder flow concentration is also considered.The results show that,with increasing of nozzle outlet width,the powder flow concentration per unit volume at the nozzle focal point undergoes a non-monotonic behaviour(it first increases and then decreases).When the nozzle outlet widthδis 1.00 mm,the powder flow concentration at the focal point is maximal and the powder flow convergence can be considered optimal.By increasing the angle between the inner and outer walls,the powder flow concentration related to the upper focus decreases,the focus diameter increases and the powder flow aggregation worsens.The powder flow concentration increases first and then decreases with increasing incident angle.When the incident angleθis 30°,the powder flow exhibits the best agglomeration properties.When the outlet width is smaller,the angle between the inner and outer walls is larger,and when the incident angle is set at 30°,the powder flow concentration of the coaxial nozzle can be effectively improved. 展开更多
关键词 DEM-CFD coupling gas-solid two-phase flow coaxial powder feeding nozzle structure powder flow agglomeration
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宽带激光熔覆同轴送粉喷嘴的设计与数值模拟 被引量:11
6
作者 郭翔宇 倪茂 +2 位作者 刘华明 雷凯云 杜甫 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第3期362-368,共7页
为了设计一种适用于大功率的宽带激光熔覆同轴送粉喷嘴,采用FLUENT软件中的离散相模型,对送粉喷嘴的送粉道在不同倾角和不同出口间隙条件下的粉末汇聚特性和浓度分布特性进行了研究。分析了其它条件不变时,外层保护气流速对粉末汇聚的影... 为了设计一种适用于大功率的宽带激光熔覆同轴送粉喷嘴,采用FLUENT软件中的离散相模型,对送粉喷嘴的送粉道在不同倾角和不同出口间隙条件下的粉末汇聚特性和浓度分布特性进行了研究。分析了其它条件不变时,外层保护气流速对粉末汇聚的影响,得到了较优的结构尺寸,并利用设计研制的宽带同轴送粉喷嘴装置,进行了送粉和熔覆实验。结果表明,宽带激光同轴送粉喷嘴的焦点浓度在汇聚中心的径向和轴向都近似服从高斯分布;随着倾角的增大,出口间隙对焦距的影响也越来越大,且出口间隙越小,焦距越大;当倾角为70°,出口间隙为3.5mm时粉末汇聚性较好,粉末利用率较高;在其它条件不变时,外层保护气体流速过大或过小均不利于粉末汇聚,当外层保护气体流速略小于载气速率时,送粉喷嘴的粉末汇聚特性最佳。表面熔覆质量达到了预期要求,验证了该结构的合理性。所设计的宽带同轴送粉喷嘴对后续宽带激光熔覆的研究与应用具有重要意义。 展开更多
关键词 激光技术 宽带同轴送粉喷嘴 离散相模型 激光熔覆
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沉积层结构对同轴送粉喷嘴粉末流场的影响规律 被引量:10
7
作者 朱刚贤 李涤尘 +1 位作者 张安峰 周志敏 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期1636-1642,共7页
为了探讨在成形过程中沉积层结构对粉末流场的影响规律,应用气固两相流理论研究了沉积层在不断变化过程中对粉末流场浓度分布规律及粉末流汇聚焦距的变化规律,采用FLUENT软件中的离散相模型计算了粉末流场分布。计算结果表明,同轴送粉喷... 为了探讨在成形过程中沉积层结构对粉末流场的影响规律,应用气固两相流理论研究了沉积层在不断变化过程中对粉末流场浓度分布规律及粉末流汇聚焦距的变化规律,采用FLUENT软件中的离散相模型计算了粉末流场分布。计算结果表明,同轴送粉喷嘴(CPFN)的粉末汇聚浓度在径向近似服从高斯分布,与自由射流相比粉末汇聚焦点上移,粉末汇集焦距从5 mm减少到4.6 mm,上移量为0.4 mm。在沉积层宽度一定时,随沉积层高度增大,粉末汇聚点处的浓度变小,汇聚点稍微下移,汇聚特性基本不变;在沉积层高度一定时,随沉积层宽度增大,汇聚点处浓度值增大,汇聚焦点略微上移,粉末汇聚性较好。并对不同高度及宽度的沉积层进行单层沉积试验,试验结果与计算结果基本一致。说明在开环控制下制造壁厚不均且高度逐渐变化的金属零件时,由于制件结构变化而造成粉末流场变化,进而会促使沉积层高度增长的不均匀性,降低制造零件的表面成形质量。 展开更多
关键词 激光技术 金属直接成型 同轴送粉喷嘴 气固两相流 数值模拟
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同轴送粉器喷嘴研究进展 被引量:10
8
作者 彭如意 罗岚 +1 位作者 刘勇 王楠 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2017年第8期31-39,共9页
作为金属粉末激光快速成型技术中送粉系统的关键部件之一,送粉喷嘴的送粉效率直接影响金属粉末激光快速成型的效率和精度。国内外对此领域都进行了深入研究,并研制出多种新型送粉喷嘴,其中同轴送粉喷嘴能有效提高金属粉末的熔覆效果和... 作为金属粉末激光快速成型技术中送粉系统的关键部件之一,送粉喷嘴的送粉效率直接影响金属粉末激光快速成型的效率和精度。国内外对此领域都进行了深入研究,并研制出多种新型送粉喷嘴,其中同轴送粉喷嘴能有效提高金属粉末的熔覆效果和利用率。详细介绍了同轴送粉喷嘴的送粉原理及国内外研究现状,分析及总结了影响光粉耦合效果和粉末利用率的主要因素,并提出了改进方法。针对激光聚焦、粉末偏聚和反弹、冷却效果不佳等缺陷提出了改进措施,并对同轴送粉喷嘴的应用前景进行了展望。 展开更多
关键词 激光技术 同轴送粉喷嘴 冷却效率 光粉耦合 粉末偏聚
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激光熔覆同轴送粉喷嘴研究 被引量:6
9
作者 薛菲 王耀民 刘双宇 《光电技术应用》 2014年第2期13-16,26,共5页
送粉喷嘴作为送粉系统的关键部件之一,直接影响着激光熔覆的效果。随着激光熔覆技术的发展,国内外对送粉喷嘴进行了深入研究,研制出了多种新型送粉喷嘴,都有效地提高了熔覆效果和粉末的利用率。简要概括了国内外对于同轴送粉喷嘴的研究... 送粉喷嘴作为送粉系统的关键部件之一,直接影响着激光熔覆的效果。随着激光熔覆技术的发展,国内外对送粉喷嘴进行了深入研究,研制出了多种新型送粉喷嘴,都有效地提高了熔覆效果和粉末的利用率。简要概括了国内外对于同轴送粉喷嘴的研究进展以及送粉原理,分析了现有同轴送粉喷嘴现状,指出了现有送粉喷嘴存在的不足,提出加强送粉喷嘴的设计是加速送粉激光熔覆发展的关键问题之一,并对同轴送粉喷嘴的前景进行了展望。 展开更多
关键词 激光熔覆 同轴送粉喷嘴 研究状况 现状分析
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激光熔覆同轴送粉喷嘴的研究状况 被引量:6
10
作者 薛菲 王耀民 刘双宇 《机械制造与自动化》 2015年第3期46-49,共4页
送粉喷嘴作为送粉系统的关键部件之一,直接影响着激光熔覆的效果。随着激光熔覆技术的发展,国内外对送粉喷嘴进行了深入研究,研制出了多种新型送粉喷嘴,有效的提高了熔覆效果和粉末的利用率。简要的概括了国内外对于同轴送粉喷嘴的研究... 送粉喷嘴作为送粉系统的关键部件之一,直接影响着激光熔覆的效果。随着激光熔覆技术的发展,国内外对送粉喷嘴进行了深入研究,研制出了多种新型送粉喷嘴,有效的提高了熔覆效果和粉末的利用率。简要的概括了国内外对于同轴送粉喷嘴的研究进展以及送粉原理,分析了现有同轴送粉喷嘴现状,指出了现有送粉喷嘴存在的不足,提出加强送粉喷嘴的设计是加速送粉激光熔覆发展的关键问题之一,并对同轴送粉喷嘴的前景进行了展望。 展开更多
关键词 激光熔覆 同轴送粉喷嘴 研究状况 现状分析
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三通道激光熔覆同轴送粉喷嘴气体速度场试验 被引量:5
11
作者 赵维义 胡芳友 易德先 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期51-55,共5页
在激光熔覆过程中,三通道同轴送粉喷嘴是关键部件,它利用惰性气体将金属粉末稳定地输送到熔池,同时形成保护流场,隔绝周围的空气。喷嘴气体流场对粉末的汇聚和高温区域的保护具有显著的作用,直接影响粉末利用率、金属材料性能和零件的... 在激光熔覆过程中,三通道同轴送粉喷嘴是关键部件,它利用惰性气体将金属粉末稳定地输送到熔池,同时形成保护流场,隔绝周围的空气。喷嘴气体流场对粉末的汇聚和高温区域的保护具有显著的作用,直接影响粉末利用率、金属材料性能和零件的成形精度。为了研究喷嘴保护流场特性,文中采用粒子图像测速(PIV)技术结合数值模拟计算,对自研的三通道同轴送粉喷嘴气体速度场分布进行了试验和分析。结果表明,喷嘴中心、内环和外环三个通道出口的气流速度一致时,喷嘴所形成的流场较为稳定,没有涡流存在。因此,粉末的汇聚性及对溶池的保护效果好;当外通道气流速度大于内通道时,在工件表面上出现旋涡,流场呈不稳定状态;随喷嘴与工件表面距离增加,有效保护范围减小。 展开更多
关键词 同轴送粉 激光熔覆 惰性气体 三通道 喷嘴 试验 速度场 不稳定状态
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机器人光纤激光45#钢面铁基粉末熔覆工艺研究 被引量:4
12
作者 徐宇蓝 陈孝山 +2 位作者 刘源 王树林 罗敬文 《应用激光》 CSCD 北大核心 2014年第1期21-27,共7页
用机器人光纤激光系统,在45^#钢表面作Fe316L铁基粉末激光单道和多道的同轴同步送粉熔覆,以提高材料表面的硬度及耐磨性能。用金相显微镜对熔覆层剖面分析测量,用维式硬度计对基材和熔覆层显微硬度测量结果表明:用光纤激光同轴同步... 用机器人光纤激光系统,在45^#钢表面作Fe316L铁基粉末激光单道和多道的同轴同步送粉熔覆,以提高材料表面的硬度及耐磨性能。用金相显微镜对熔覆层剖面分析测量,用维式硬度计对基材和熔覆层显微硬度测量结果表明:用光纤激光同轴同步的复合送粉嘴做单道激光熔覆时,选700~950W的激光功率及60%的搭接率,能获得合适的稀释率(35%~55%)和熔覆层厚度(1.25~1.70ram);有效的消除了搭接处微裂纹和气孔等组织缺陷;试样熔覆层显微硬度显著高于基材硬度,达二倍以上。 展开更多
关键词 光纤激光 激光熔覆 同轴同步送粉 复合送粉嘴 稀释率 搭接率
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激光金属增材制造同轴送粉喷嘴的研究进展 被引量:3
13
作者 赵亮 王丽芳 +2 位作者 李广琪 朱刚贤 石世宏 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2020年第5期17-25,共9页
同轴送粉喷嘴是激光金属增材制造系统装备的核心部件之一,直接影响着激光增材制造零件的成形精度及性能。因其重要性,国内外学者们已开发出多种新型送粉喷嘴。简要从"光外送粉"和"光内送粉"两种光粉相对位置不同的... 同轴送粉喷嘴是激光金属增材制造系统装备的核心部件之一,直接影响着激光增材制造零件的成形精度及性能。因其重要性,国内外学者们已开发出多种新型送粉喷嘴。简要从"光外送粉"和"光内送粉"两种光粉相对位置不同的送粉方式概括了国内外对同轴送粉喷嘴的研究,并从激光束和粉末束是否可变焦的角度进行了分析,指明了现有同轴送粉喷嘴的特点,对未来同轴送粉喷嘴的发展进行了展望。 展开更多
关键词 激光增材制造 同轴送粉喷嘴 送粉方式 会聚性
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宽带同轴送粉喷嘴的流场数值模拟及结构优化 被引量:3
14
作者 赵亮 王丽芳 +2 位作者 朱刚贤 李广琪 石世宏 《应用激光》 CSCD 北大核心 2021年第3期643-650,共8页
为了获得一种匹配3 kW宽带矩形激光器的同轴送粉喷嘴,采用了Fluent软件的离散相模型,对同轴送粉喷嘴粉末通道结构参数开展了四因素四水平的正交仿真试验,研究了结构参数对粉末汇聚浓度与粉斑尺寸的影响。结果表明,宽带同轴送粉喷嘴的粉... 为了获得一种匹配3 kW宽带矩形激光器的同轴送粉喷嘴,采用了Fluent软件的离散相模型,对同轴送粉喷嘴粉末通道结构参数开展了四因素四水平的正交仿真试验,研究了结构参数对粉末汇聚浓度与粉斑尺寸的影响。结果表明,宽带同轴送粉喷嘴的粉末浓度在轴向与径向上均服从高斯分布,验证了喷嘴结构的合理性。四因素对粉末浓度的影响效果从大到小为:倾角、垂直高度、收缩角度以及出口间隙。当采用最优结构参数时,喷嘴可以在距离粉末出口24.6 mm的平面上形成一个3.08 mm×3.08 mm大小、最高质量浓度为32.29 kg/m3的矩形粉斑。最终通过送粉试验验证其合理性,为后续激光增材制造试验的开展提供依据及参考。 展开更多
关键词 激光增材制造 宽带同轴送粉喷嘴 离散相模型 正交试验
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基于Fluent的金属粉末气体输送喷嘴结构设计及优化 被引量:2
15
作者 邵志龙 蒋玮 《现代机械》 2018年第4期6-10,共5页
为设计一种适用于小型激光修复设备的金属粉末同轴输送喷嘴,构建了以中心锥形腔体激光通路和环绕腔体均布的四条流体通道组成的喷嘴基本结构。由于输送流体为气固混合物,为保证流体在喷嘴内流动的稳定性和流出喷嘴后流体的汇聚性,将喷... 为设计一种适用于小型激光修复设备的金属粉末同轴输送喷嘴,构建了以中心锥形腔体激光通路和环绕腔体均布的四条流体通道组成的喷嘴基本结构。由于输送流体为气固混合物,为保证流体在喷嘴内流动的稳定性和流出喷嘴后流体的汇聚性,将喷嘴划分为流体引入段和流体汇聚段两部分。引入段可以防止流体在喷嘴内流动紊乱且对进入喷嘴内的流体起到稳流作用;汇聚段接收来自引入段的流体并实现流体汇聚功能。综合以上设计,使用Fluent模拟该种喷嘴结构下的流体流动状态。以流体的汇聚焦距和粉斑直径、汇聚点浓度为参考指标,考虑流动稳定性和汇聚性。对影响流体流动因素的引入段倾斜角度、汇聚段轴线倾角和流体通道壁面夹角几种因素进行分析,最终获得具有良好性能的喷嘴结构,本研究可为应用于不同场合的喷嘴设计提供参考。 展开更多
关键词 同轴送粉喷嘴 两相流 汇聚性 FLUENT
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同轴送粉工艺参数对激光增材再制造喷嘴粉流流场的影响规律 被引量:1
16
作者 郭辰光 郭昊 +2 位作者 李强 岳海涛 王闯 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期136-148,共13页
激光增材再制造同轴送粉喷嘴粉流汇聚特性是影响零件成形质量和成形效率的重要因素,基于DEM-CFD耦合方法,开展三维同轴送粉喷嘴粉-气流场仿真分析,依据表征粉流汇聚特性的喷嘴中心轴向粉流分布浓度、焦点距离、上焦点截面粉流分布浓度... 激光增材再制造同轴送粉喷嘴粉流汇聚特性是影响零件成形质量和成形效率的重要因素,基于DEM-CFD耦合方法,开展三维同轴送粉喷嘴粉-气流场仿真分析,依据表征粉流汇聚特性的喷嘴中心轴向粉流分布浓度、焦点距离、上焦点截面粉流分布浓度和单位距离粉流分布浓度等参数,设计单因素试验,在喷嘴结构不变的条件下,分析输粉气流速度、送粉速率和中心光路保护气速度对粉流分布的影响规律。结果表明:输粉气流速度越大,焦点距离越小,轴向粉流分布浓度越小,上焦点截面粉流浓度分布直径越小,单位距离粉流分布浓度越大,粉流的集聚性越好;中心光路保护气速度对粉流焦点浓度影响较小,保护气速度越大,焦点距离越大,上焦点截面粉流浓度分布直径越小,单位距离粉流分布浓度增加,粉流的集聚性越好;送粉速率对焦点距离影响较小,送粉速率越大,喷嘴轴向粉流分布浓度越大,上焦点截面粉流浓度分布直径越大,单位距离粉流分布浓度出现先增大后减小的趋势。 展开更多
关键词 激光增材再制造 同轴送粉喷嘴 离散单元法-计算流体力学(DEM-CFD) 粉流分布
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激光同轴送粉喷嘴射流场研究
17
作者 易德先 胡芳友 +2 位作者 赵维义 卢长亮 崔爱永 《应用激光》 CSCD 北大核心 2010年第1期50-54,共5页
激光同轴送粉喷嘴是激光直接制造系统中核心部件之一,喷嘴的保护气体流场对金属粉末的流动和零件材料的性能影响较大。研究应用粒子图像测速(PIV)技术测量激光同轴送粉喷嘴轴截面保护气体的流场,并对此进行了相应的计算与分析。结果表明... 激光同轴送粉喷嘴是激光直接制造系统中核心部件之一,喷嘴的保护气体流场对金属粉末的流动和零件材料的性能影响较大。研究应用粒子图像测速(PIV)技术测量激光同轴送粉喷嘴轴截面保护气体的流场,并对此进行了相应的计算与分析。结果表明,喷嘴三个喷口之间的壁厚对喷嘴附近的流场影响较大,促使喷嘴喷口处产生两对对称旋涡,不利于粉末的输送和聚焦。喷嘴的三个喷口的喷出气流速度一致时,速度界面的湍流扩散和动量交换较小,将产生一个有利于输送金属粉末的稳定流场。 展开更多
关键词 激光技术 流场 同轴送粉喷嘴 PIV
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