Теплообмен струи с подложкой

Теплообмен струи с подложкой при холодном газодинамическом напылении (ХГН) играет важную роль, поскольку нагрев и остывание как самой подложки, так и образующегося покрытия может влиять и на коэффициент напыления и на остаточные напряжения и, в конечном счете, на адгезию. Небольшое число опубликованных работ (см. обзор [1]), посвященных изучению этой темы, не охватывает в полной мере требуемый объем знаний для понимания происходящего, что делает эту тему актуальной. Особенно актуальны численные исследования, которые позволяют существенно сократить время и средства, затрачиваемые на проведение экспериментов. Кроме этого, размеры струйных течений, характерных для ХГН, невелики, что дополнительно затрудняет измерение их теплообмена с преградами. В этом исследовании для моделирования теплообмена струи с преградой в условиях ХГН применяется пакет Ansys Fluent, при этом особое внимание уделяется распределению температуры в подложке, распределению температуры торможения и скорости движения воздуха в пристенной струе и распределению поверхностного теплового потока.

Основные параметры задачи соответствовали условиям практического напыления покрытия из порошка алюминия. Сверхзвуковая струя формировалась с помощью осе-симметричного сопла Лаваля длиной 145 мм с диаметрами критического и выходного сечения 2,8 мм и 6,5 мм, соответственно. В качестве подложки использовалась цилиндрическая алюминиевая пластина, радиус и толщина которой составляли 20 мм и 5 мм, соответственно. Ось подложки совпадала с осью сопла. Сопло не перемещалось относительно подложки, таким образом, находилось стационарное распределение температуры