ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 4 2023 270 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ ты для узкого круга условий. Эти коэффициенты зачастую требуют настройки и оценки чувствительности модели к их варьированию. Как было отмечено, многие авторы при CFD-моделировании процесса эродирования частицами исследовали влияние моделей турбулентности. Однако большинство этих работ выполнены для невысоких скоростей натекания гетерогенной смеси на поверхность (менее 150–200 м/с) и не включали в себя относительно новой модели Generalized equation k-omega (GEKO) [29–31], которая может быть откалибрована несколькими коэффициентами для моделирования конкретной задачи без потери ее связности и физичности. Поэтому в настоящей работе уделено отдельное внимание модели GEKO в сравнении с распространенными k-epsilon standard и RNG. Кроме того, в основном в имеющихся публикациях рассматривается эрозия частицами одного диаметра или узкого диапазона. Учет неравномерности распределения может существенно влиять на формирование гетерогенной струи, в итоге меняя и профиль износа на поверхности. В данном исследовании частицы имеют диапазон 2–63 мкм со смещением в сторону мелких диаметров. Таким образом, целью работы являлось изучение подхода к CFD-моделированию частного случая натекания высокоскоростной гетерогенной струи с существенно неравномерным размерным распределением частиц на образец из Ti6Al4V. В связи с ограниченным объемом статьи поставленные задачи охватывали исследование влияния на расчетную скорость износа выбора моделей турбулентности и их настроек; выбора модели эрозии и их настроечных коэффициентов; формы частиц. Кроме того, для оценки работоспособности выбранного подхода сравнивались интегральные значения расчетной и экспериментальной скоростей эродирования, сопоставлялись расчетные профили удельной скорости эрозии и экспериментальный профиль уноса материала. Ожидается, что выводы могут быть полезны для формирования не только части методики моделирования процесса эродирования, но и технологических процессов обработки сплавов – в первую очередь поверхностного упрочнения и дробеударного формообразования. Методика исследований Эксперимент В работе использовался лабораторный экспериментальный стенд для исследования эрозии поверхности при воздействии гетерогенного потока. Принцип работы состоял в подаче частиц кварца в смесительную камеру, где смесь газа (в данном случае воздуха) и частиц подавалась в ускоритель, представляющей собой сопло Лаваля, в котором гетерогенный поток под действием разницы давлений разгонялся и попадал на неподвижно закрепленный образец. Основными параметрами, характеризующими экспериментальную точку, были давление на входе в ускоритель и исходная температура газа. Такая постановка позволяет исследовать износ для разных углов натекания частиц, температур и скоростей. Оцениваемыми результатами испытаний являлись форма кратера и унос материала образца, позволяющий оценить скорость износа. Расход частиц на каждой экспериментальной точке составлял 7,64e–6 кг/с в течение 5 минут, температура – 140 °С, давление в ускорителе – 5,75 бар. Срез ускорителя располагался на расстоянии 20 мм от образца, закрепленного под углом 90° к положению ускорителя. Распределение частиц SiO2 по размерам представлено на рис. 1. В спектре преобладали очень мелкие фракции, а максимальный эквивалентный диаметр частиц составлял 63 мкм. 0,1 1 10 100 1000 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 диаметр частиц, мкм % от общего количества Рис. 1. Распределение частиц по размерам (количественное) Fig. 1. Particle size distribution
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1