Введение к работе
Актуальность исследований. Совершенствование технологических процессов, контроля качества, а также осуществление сложных производственных процессов невозможно без применения приборов контроля. Применение многих приборов в ряде современных технологий на основе высокотемпературных быстропротекающих процессов ограниченно или невозможно, так как не учитывают дисперсность сред, высокую температуру, скорость самого процесса. Особый интерес составляют процессы обработки материалов газо-термическми технологиями сочетающие перечисленные условия. Использование приборов контроля в условиях технологического режима позволяет установить зависимость качества покрытия от параметров процесса, и контролировать на стадии работы.
Применение методов оптического контроля и приборов с цифровой обработкой аналогового сигнала импульсных дисперсных потоков позволяет выявлять взаимосвязь между контролируемыми данными и основными параметрами технологического процесса. Существующие методы контроля гетерофазных потоков направлены на определение кинематических параметров фронта ударной волны, средних вдоль потока или какой-то отдельной частицы. Реальный поток обладает некоторым отклонением от средних параметров движения. Восстановить распределение этих параметров возможно оптическими методами контроля.
Одним из важных технологических параметров является скорость и импульс потока. Однако контроль скорости потока оптическими методами часто требует учитывать многокомпонентность, гранулометрический состав и температуру частиц. Применение существующих методов и приборов на их основе в силу их ограниченности создает предпосылку для создания новых. Для создания более эффективных методов необходимы дополнительные исследования, направленные на создание методов и устройств контроля скоростных характеристик многокомпонентных струй.
Цель исследований заключается в разработке методики и устройства контроля сісоростньїх характеристик детонационно-газовых струй.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: разработка и обоснование методики контроля скоростных характеристик высокотемпературных двухфазных слабозапыленных пото-
ков и последующего восстановления функции распределения частиц по скоростям; - оценка погрешности методики контроля;
обоснование требований к программно-аппаратной части приборов контроля при заданных параметрах: точности восстановления функции распределения частиц по скоростям, размера зоны анализа; шага дискретизации; верхней и нижней границы распределения;
определение границ применимости методики и устройства контроля скоростных характеристик;
разработка устройства контроля скоростных характеристик гетеро-фазного потока с техническими характеристиками, соответствующими заданным условиям измерений;
создание экспериментально - технологического стенда, и проведение экспериментальных исследований с целью подтверждения предложенной методики и з'стройства контроля скоростных характеристик высокотемпературных потоков.
Научная новизна результатов исследований: впервые сформулирован критерий обобщенной интегральной скорости двофазного потока на основе модели континуального псевдогаза частиц, что позволяет создавать эффективные методы и приборы контроля скоростных характеристик потока; разработана математическая модель контроля скоростных характеристик гетерофазных струй на основе сформулированного критерия обобщенной интегральной скорости двухфазного потока для создания методики и прибора контроля скоростных характеристик потока;
разработана и описана новая времяпролстная методика оптического контроля скоростных характеристик импульсного дисперсного потока самосветящихся частиц в слабозапыленных гетерофазных струях, отличающаяся тем, что скорость частиц находят как отношение интенсивности порций потока частиц во входном сечении потока, задающем базовое расстояние, к плотности потока порций частиц на базовом расстоянии, интенсивность порций потока частиц определяю по интенсивности их светового излучения; разработана методика оптического контроля движения плотностей псевдогаза частиц обдуваемых высокотемпературной плазменной струей с учетом их перераспределения вдоль потока;
восстановлена расходная характеристика транспортного потока двухфазной струи при детонационно-газовом напылении материалов с помощью созданных методик и устройства контроля.
Методы исследования. В диссертационной работе использованы методы оптического контроля, теории вероятности, численного моделирования, статистической обработки регистрируемых данных. На всех этапах работы применялось сопоставление полученных результатов с теоретическими или литературными данными.
Практическая ценность работы: Результаты проведенных исследований могут быть применимы в следующих областях:
контроль основных параметров газодинамических струй, разработка регистрирующего оборудования для установок плазменного напыления, используемого индивидуально и на линии с ЭВМ; создание новых детонационно-газовых установок с автоматической системой регулирования параметров технологического режима; определение оптимальных параметров технологического режима при образовании покрытия, разработке новых покрытий и т. д. паспортизации технологических режимов процесса плазменного напыления материалов.
Разработанное устройство оптической контроля импульсно-плазменных потоков гетерофазной среды позволяет восстановить распределение частиц по скоростям в режиме реального времени, определить среднюю скорость транспортного потока и скорость ударной волны; определить расходные характеристики установки детонационно-газового нанесения покрытий (ДГН). динамическую плотность и интенсивность потока; решить важную проблеігу контроля параметров процесса газотермического напыления (ГТН); проводить исследования топливовоздушных струй, определяя скоростные характеристики потока и дисперсионный состав потока.
Реализация результатов. Созданные в ходе выполнения диссертационной работы методики и устройство прошли испытания на детонационно-газовых и автоматизированных топливных стендах, а также были использованы:-
для контроля скоростных характеристик высокотемпературных потоков продуктов детонации и взрыва, в Центре порошковой металлургии при АлтГТУ;
для контроля технологических процессов при разработке оборудования доя нанесения упрочняющих материалов лучевыми методами в НПФ "ЭЛИОМ".
Теоретические и экспериментальные результаты исследований представлялись на научно-технических конференциях и семинарах.
На новый способ определения скоростей частиц в продуктах детонации и взрыва подана заявка и установлен приоритет (заявка № 20001125631, МІЖ7 G01P3/36, G01P5/18, с приоритетом от 11.10.96.). Работа по теме диссертации выполнялась в соответствии с утвержденным планом "Критических технологий федерального уровня" (утв. Правительственной комиссией по науч.-техн. политике от 21.07.96 N 2728п-П8) по Разделу7 1 (1.9. Опто- и акустоэлектроника). Разделу 2 (2.4. Электронно-ионоплазменные техколопш), Раздел}' 3 (Материалы и сплавы со специальными свойствами).
На защиту выносятся следующие основные научные результаты: математическая модель определения скоростных характеристик гетерофазных струй на основе сформулированного критерия обобщенной интегральной скорости двухфазного потока, положенная в основу методики контроля скоростных характеристик импульсных двухфазных высокотемпературных потоков в слабозапыленных гетерофазных струях;
новая методика контроля скоростных характеристик импульсного дисперсного потока самосветящихся частиц в слабозапыленных гетерофазных плазменных струях с учетом их перераспределения вдоль потока за счет дополнительного пространственно-временного разбиения потока на анализируемые объемы; методика восстановления расходной характеристики транспортного потока двухфазной струи при детонационно-газовом напылении материалов на основе методики контроля скоростных характеристик импульсных высокотемпературных слабозапыленных гетерофазных струй;
оригинальная впервые предложенная инженерная методика графоаналитического расчета распределения частиц по скоростям, в зависимости от размера частиц.
Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 10 печатных работ.
Апробация 8>аГк>ты. Основные положения и результаты диссерта-цкенкой работы докладывались и обсуждались на научно-технических семинарах Центра порошковой металлургии при АлтГТУ, а также на
Международных и Всероссийских конференциях: Пятой "Пьезотехника-96", Барнаул 1996; Шестой научно-технической -"Состояние и проблемы измерения", Москва 1999; L научно-технической преподавателей СГТА "Современные проблемы геодезии и кapтoгpaфки,'- Новосибирск 2000; научно-технической - "Контроль, измерения, информатизация", Барнаул 2000; Первой научно-технической - "Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях", Бийск 2000.
Структура и обьем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа изложена на 148 страницах машинописного текста, содержит 51 рисунок, список литературы из 133 наименований.
