Кинематика твёрдой частицы, разгоняемой потоком газа в сверхзвуковом сопле, и деформационное упрочнение обработанной поверхности

Abstract

Работа посвящена решению актуальной задачи определения скорости твёрдой частицы в сопле Лаваля и за его пределами аналитическими методами. Одним из важнейших критериев эффективности, характеризующим любой технологический процесс, в основе которого лежит контакт высокоскоростной частицы с подложкой, является кинетическая энергия частицы, а также её важнейшая составляющая – скорость. С целью получения удобной аналитической зависимости для расчёта скорости частицы по каналу сопла введён параметр, который описывает ускорение газового потока в сопле. Установлена зависимость скорости частицы в канале сопла Лаваля от параметров газового потока и частицы (плотность и диаметр). На основании теоретических исследований кинематики частицы, разгоняемой потоком газа в сопле, получены выражения, которые дают возможность выполнить расчёт скорости и энергий частицы при столкновении с подложкой. Представлены зависимости энергий частицы на выходе из сопла от скорости истечения газа и диаметра частицы. Рассмотрено влияние параметров обработки на характеристики деформационного упрочнения материала поверхности.

Роботу присвячено вирішенню актуальної задачі визначення швидкости твердої частинки у Лавалевому соплі та за його межами аналітичними методами. Одним з найважливіших критеріїв ефективности, що характеризує будь-який технологічний процес, в основі якого лежить контакт високошвидкісної частинки з підложжям, є кінетична енергія частинки, а також її найважливіша складова – швидкість. З метою одержання зручної аналітичної залежности для розрахунку швидкости частинки по каналу сопла введено параметер, який описує прискорення газового потоку в соплі. Встановлено залежність швидкости частинки в каналі Лавалевого сопла від параметрів газового потоку і частинки (густина і діяметер). На підставі теоретичних досліджень кінематики частинки, що розганяється потоком газу в соплі, одержано вирази, які уможливлюють виконати розрахунок швидкости й енергій частинки при зіткненні з підложжям. Представлено залежності енергій частинки на виході з сопла від швидкости витікання газу і діяметра частинки. Розглянуто вплив параметрів оброблення на характеристики деформаційного зміцнення матеріялу поверхні.

This investigation is concerned with an actual problem of determining the velocity of the solid particles inside and outside convergent-divergent (Laval) nozzle by analytical methods. The kinetic energy of a particle and its most important component–velocity are the most important performance criteria, which characterise any process, based on the high-speed particle contact with the substrate. Parameter, which describes the acceleration of the gas flow in the nozzle outfall, is introduced to obtain analytical dependence for easy calculation of the speed of the particles in nozzle. The dependence of particle velocity in the channel of Laval nozzle on parameters of gas flow and particles (density and diameter) is defined. The equations are obtained, which make it possible to calculate the particle velocity and energy upon collision with the substrate on the basis of theoretical studies of kinematics of particles being accelerated in the nozzle gas flow. The dependences of particle energy at the nozzle outfall on speed of gas flow and particle diameter are presented. The influence of processing parameters on the work hardening performances of the material surface is discussed.