OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 4 2023 271 MATERIAL SCIENCE Постановка и геометрическая модель Из-за отсутствия экспериментальных данных о распределении скоростей потока и частиц в областях ускорителя при натекании на образец, для их учета при оценке скорости эродирования требовалось моделирование всего ускорителя, что привело к формированию цельной расчетной области внутри ускорителя и между срезом сопла трубки и эродируемой поверхностью. Общий вид трубки ускорителя с соплом представлен на рис. 2. Двухфазный поток частиц и воздуха поступает в сопло Лаваля, ускоряется и через трубку истекает на образец из титанового сплава Ti6Al4V. Исходя из осесимметричности задачи, область движения двухфазного потока можно представить в двумерной осесимметричной постановке, что повышает устойчивость расчета и экономит вычислительные ресурсы. Полноценная модель расчетной области строилась из Рис. 2. Модель ускорителя: 1 – смеситель; 2 – сужающийся участок ускорителя; 3 – расширяющийся участок ускорителя Fig. 2. Flow accelerator model: mixer (1); converging part (2); diverging part (3) Рис. 3. Схема расчетной области: 1 – область ускорителя; 2 – область свободного истечения на образец; 3 – ГУ входа (смесь газа с частицами); 4 – стенка; 4.1 – область стенки, соответствующая образцу; 5 – ГУ выхода Fig. 3. 2d axisymmetrical schematic diagram and boundary conditions: accelerator area (1); outfl ow from accelerator to sample (2); inlet boundary condition (air + particle initialization area) (3); wall boundary condition (4); sample wall BC (4.1); pressure outlet boundary condition (5) двух сеточных областей – ускорителя и области течения между ускорителем и образцом. В пакете ICEM CFD строилась структурированная блочная сетка с относительно высоким безразмерным расстоянием y+ около эродируемой поверхности, что связано с применением масштабируемой функции стенки для моделирования пограничного слоя. Схема с обозначением типов граничных условий (ГУ) представлена на рис. 3. Физические модели / исследование сеточной сходимости Рассматриваемая модель основана на применении уравнений Навье – Стокса, осредненных по Рейнольдсу, для описания движения несущей фазы – воздуха (идеального газа). Осреднение требует учета турбулентных явлений через модель турбулентности, выбор которой может существенно влиять на результаты, а также требуется специальная оценка чувствительности самих моделей и их коэффициентов. Далее рассмотрено влияние моделей на основе уравнений для турбулентной кинетической энергии k, ее скорости диссипации ԑ и моделей на основе k и удельной скорости диссипации ω: k-epsilon standard, k-epsilon RNG, Generalized equation komega (GEKO) [29–31]. Модель k-epsilon standard выбрана как база для многих моделей турбулентности, направленных на описание явлений в ядре потока; RNG – как модель, которая, как считается, дает большую точность для течений с высокими градиентами скоростей, закрученных течений [30]. GEKO является относительно новой моделью на основе k и ω, полная документация которой до сих пор не открыта, а ее осо-
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1