激光熔覆熔池温度场及流场数值模拟研究进展
作者:罗佳勤; 朱刚贤; 李加强; 谢光耀; 王丽芳; 石世宏
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激光熔覆技术广泛应用于材料的表面改性和金属零件的表面修复。整个熔覆过程伴随着传热传质和对流现象,如粉末熔化、熔池内溶液流动、凝固等物理过程。由于高温和熔池瞬时演变的局限性,利用数值模拟技术模拟分析熔池的传热、流动行为和形态演变是激光熔覆技术的研究热点。本文简要介绍了激光熔覆熔池的应力,包括表面张力、粘性剪切、重力和保护气体压力,并从组织生长和熔池流动方面简要分析了熔覆层的形成机理。同时,总结了激光熔覆模拟中不同热源模型的能量分布规律和方程,包括表面高斯热源、表面环形热源、高斯体热源、椭球体热源、组合体热源等。在此基础上,综述了近年来国内外激光熔覆熔池温度场和流场数值模拟的研究进展。分析了各种热源模型的优缺点,总结了不同热源的适用环境以及温度场和流场的分布规律。此外,总结了熔池自由表面的研究方法,总结了温度场-流场模型的验证方法。同时,针对激光熔覆熔池研究中存在的问题,分别对数值模型和边界条件进行了总结,并对未来的发展方向进行了展望。