ની નબળી પાવડર ફ્લો કન્વર્જન્સ અસરની સમસ્યાને ઉકેલવા માટે ચાર-ચેનલ કોક્સિયલ પાવડર ફીડિંગ નોઝલ માટે લેસર ક્લેડીંગ, ચાર-ચેનલ કોક્સિયલ પાવડર ફીડિંગ નોઝલના માળખાકીય પરિમાણો સિમ્યુલેટેડ અને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવામાં આવ્યા હતા. પ્રથમ, નોઝલનું દ્વિ-પરિમાણીય માળખું આકૃતિ સ્થાપિત કરવામાં આવી હતી, અને પાવડર કન્વર્જન્સ મોર્ફોલોજી પર નોઝલના માળખાકીય પરિમાણોના પ્રભાવનું સૈદ્ધાંતિક મોડેલનો ઉપયોગ કરીને વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું; પછી, ગેસ-સોલિડ ટુ-ફેઝ ફ્લો થિયરીના આધારે, લેસર ક્લેડીંગ ફોર-ચેનલ નોઝલના માળખાકીય પરિમાણોનું સિમ્યુલેટેડ અને મર્યાદિત તત્વ સિમ્યુલેશન સોફ્ટવેરનો ઉપયોગ કરીને વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું, અને વિવિધ માળખાકીય પરિમાણો હેઠળ પાવડર ફ્લો પરિમાણોના વિવિધતા કાયદા અને બાહ્ય પ્રવાહ ક્ષેત્રની સાંદ્રતાના વિતરણ કાયદાની શોધ કરવામાં આવી હતી, અને માળખાકીયની વાજબી શ્રેણી પરિમાણો મેળવવામાં આવ્યા હતા; છેલ્લે, પેરામીટર ઑપ્ટિમાઇઝેશન પછી નોઝલ પર પાવડર ફીડિંગ ટેસ્ટ હાથ ધરવામાં આવ્યો હતો, અને પરીક્ષણ પરિણામોની સરખામણી અને સિમ્યુલેશન પરિણામો સાથે ચકાસણી કરવામાં આવી હતી. સંશોધન પરિણામો દર્શાવે છે કે: જ્યારે નોઝલ પાવડર ટ્યુબનો ઝોક કોણ વધે છે, ત્યારે કેન્દ્રીય લંબાઈ વધે છે, અને પાવડર સાંદ્રતા ઝડપથી વધે છે અને પછી સ્થિર થાય છે, અને ઝોક કોણ 60° અને 75° વચ્ચે યોગ્ય છે; જ્યારે નોઝલ પાવડર ટ્યુબનો આંતરિક વ્યાસ વધે છે, ત્યારે પાવડરની સાંદ્રતા અને કેન્દ્રીય લંબાઈ પહેલા વધે છે અને પછી ઘટે છે, અને પાવડર સ્પોટ વ્યાસ પહેલા ઘટે છે અને પછી વધે છે, અને આંતરિક વ્યાસ લગભગ 1.5 મીમી યોગ્ય છે; જ્યારે નોઝલ પાવડર ટ્યુબ આઉટલેટમાં અંતર વધે છે, ત્યારે કેન્દ્રીય લંબાઈ વધે છે, અને અંતર લગભગ 12 મીમી પર યોગ્ય છે; જ્યારે નોઝલ ઘટના ટ્યુબનો આંતરિક વ્યાસ વધે છે, ત્યારે પાવડર ફીડિંગ ઝડપ વધે છે, અને પાવડર સાંદ્રતામાં ઘટાડો થાય છે, અને ઘટના ટ્યુબનો આંતરિક વ્યાસ શક્ય તેટલો કન્વેઇંગ ટ્યુબ સાથે મેળ ખાતો હોવો જોઈએ; જ્યારે નોઝલનો બાહ્ય રક્ષણાત્મક ગેસ ઝોક કોણ 35°~65° હોય છે, ત્યારે રક્ષણાત્મક ગેસ પાવડર ફ્લો કન્વર્જન્સ પર કાર્ય કરે છે. પરીક્ષણ પરિણામો મોડેલની ચોકસાઈની ચકાસણી કરે છે, પાવડર સ્પોટ વ્યાસ 2.2 mm છે, પાવડર ફોકલ લંબાઈ 16.1 mm છે, અને પાવડર કન્વર્જન્સ અસર સારી છે. આ મોડેલ નોઝલ પાવડર ફીડિંગ અસરને સુધારવા માટે સંદર્ભ પ્રદાન કરી શકે છે. કીવર્ડ્સ: એડિટિવ મેન્યુફેક્ચરિંગ ટેકનોલોજી; પાવડર ફ્લો કન્વર્જન્સ અસર; કોક્સિયલ પાવડર ફીડિંગ નોઝલ; સંખ્યાત્મક સિમ્યુલેશન; માળખાકીય પરિમાણો; પાવડર પ્રવાહ

લેસર ક્લેડીંગ ટેક્નોલોજી એ એડિટિવ મેન્યુફેક્ચરિંગ ટેકનોલોજી છે જે તાજેતરના વર્ષોમાં ઉભરી આવી છે. આ ટેક્નોલોજીનો ઉપયોગ ઉચ્ચ પ્રોસેસિંગ ખર્ચ સાથે જટિલ ભાગોને સુધારવા અથવા વર્કપીસની સપાટીની કામગીરીમાં સુધારો કરવા માટે થઈ શકે છે, જેનાથી ઉત્પાદન અને ઉત્પાદન ખર્ચ [1-2] અસરકારક રીતે ઘટાડી શકાય છે.

લેસર ક્લેડીંગ પ્રક્રિયામાં, પાવડર વિતરણ એ એક મહત્વપૂર્ણ પરિબળ છે. સારી પાઉડર ડિલિવરી સ્થિર અને ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળી ક્લેડીંગ સ્તર પ્રદાન કરી શકે છે. પાવડર ડિલિવરીના મહત્વના ઘટક તરીકે, નોઝલ પાવડર કણોની કન્વર્જન્સ સ્થિતિને સીધી અસર કરે છે. તેમાંથી, કોએક્સિયલ પાવડર ફીડિંગ નોઝલ આ તકનીકમાં સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાય છે. કોક્સિયલ પાવડર ફીડિંગ નોઝલને રીંગ પ્રકાર અને મલ્ટી-ચેનલ પ્રકારમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે.

રિંગના પ્રકાર દ્વારા બનેલા પાવડર પ્રવાહમાં વધુ સારી રીતે સંકલન અને નાના પાવડર સ્પોટ હોય છે, પરંતુ પાવડર ચેમ્બરને રોકવું સરળ છે અને પાવડરનો ઉપયોગ દર ઓછો છે. ત્રણ-ચેનલ અને ચાર-ચેનલ નોઝલ એ વર્તમાન મુખ્ય પ્રવાહની મલ્ટી-ચેનલ કોક્સિયલ પાવડર ફીડિંગ નોઝલ છે. રીંગ પ્રકાર સાથે સરખામણીમાં, મલ્ટિ-ચેનલ કોક્સિયલ પાવડર ફીડિંગ નોઝલ એક સરળ માળખું ધરાવે છે. મલ્ટિ-ચેનલ પાવડર ટ્યુબ વિવિધ પ્રકારના પાવડર ફીડિંગ રેશિયો સેટ કરી શકે છે. તે જ સમયે, પાવડર ફોકસ સબસ્ટ્રેટ સપાટીથી ખૂબ દૂર છે, જે વધુ જટિલ સપાટીના આકારવિજ્ઞાન સાથે સબસ્ટ્રેટને અનુકૂલિત થઈ શકે છે અને પાવડર અવરોધ [3-4]નું કારણ બને તે સરળ નથી. કોક્સિયલ પાવડર ફીડિંગ લેસર ક્લેડીંગ ટેકનોલોજીમાં, પાવડર સ્પોટ વ્યાસ, પાવડર સ્પોટ ફોકલ લંબાઈ, પાવડર સાંદ્રતા અને પાવડર પ્રવાહની એકરૂપતા અને સ્થિરતા એ ક્લેડીંગ સ્તરની ગુણવત્તાને અસર કરતા મુખ્ય પરિમાણો છે. પાવડર ફીડિંગ નોઝલ, એક મુખ્ય ઘટક તરીકે જે આ પરિમાણોને નિર્ધારિત કરે છે, તેને સ્થાનિક અને વિદેશી વિદ્વાનો દ્વારા વ્યાપક ધ્યાન આપવામાં આવ્યું છે. તેમની વચ્ચે, ઉપરોક્ત પરિમાણો પર નોઝલના માળખાકીય પરિમાણોનો પ્રભાવ ખાસ કરીને નોંધપાત્ર છે. સારી ક્લેડીંગ ફોર્મિંગ ગુણવત્તા મેળવવા માટે, કોક્સિયલ પાવડર ફીડિંગ નોઝલના વિવિધ માળખાકીય પરિમાણો વ્યાજબી રીતે ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા જોઈએ. હાલમાં, સ્થાનિક અને વિદેશી વિદ્વાનોએ ગેસ-સોલિડ ટુ-ફેઝ ફ્લો થિયરીના આધારે લેસર ક્લેડીંગ નોઝલની પાવડર ફીડિંગ પ્રક્રિયા અને નોઝલના બાહ્ય પ્રવાહ ક્ષેત્રના પાવડર કન્વર્જન્સ પર વ્યાપક સંશોધન હાથ ધર્યું છે. અરિઝુબીતા જી એટ અલ. [5] પાઉડર સાંદ્રતા, પાઉડર ફીડિંગ સ્પીડ અને પાવડર ઉપયોગ જેવા પરિમાણો પર સંખ્યાત્મક અનુકરણો હાથ ધર્યા અને પાવડર વિતરણની એકરૂપતા સુધારવા માટે કોક્સિયલ નોઝલની આંતરિક રચનામાં ફેરફાર કર્યો; જો કે, આ અભ્યાસ માત્ર ત્યારે જ પાવડર વિતરણનું વિશ્લેષણ કરે છે જ્યારે નોઝલ ઊભી દિશામાં કામ કરે છે. ડ્યુઆન જિયાવેઇ [6] નોઝલ માળખાકીય પરિમાણો અને પાવડર ફીડિંગ અસર વચ્ચેના સંબંધનું અનુકરણ કરવા માટે સિમ્યુલેશન સોફ્ટવેરનો ઉપયોગ કર્યો, અને ડબલ-સાઇડ પાવડર ફીડિંગ અને ફ્લો ચેનલ સંકોચન સાથે પાવડર ફીડિંગ નોઝલ ડિઝાઇન કરી, જેણે પાવડર ઉપયોગ દરમાં સુધારો કર્યો; જો કે, પાવડર ફીડિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન, ગેસ-સોલિડ ટુ-ફેઝ ફ્લો મોડલ અને પેરામીટર સેટિંગ્સ વાસ્તવિક પરિસ્થિતિ સાથે સંપૂર્ણ રીતે મેળ ખાતા ન હતા અને વધુ ઑપ્ટિમાઇઝેશનની જરૂર હતી. લિયુ જી [7] એ રિંગ નોઝલની રચના પર સિમ્યુલેશન ઑપ્ટિમાઇઝેશન ડિઝાઇનનું સંચાલન કર્યું, માળખાકીય પરિમાણોની વાજબી શ્રેણી નક્કી કરી, અને પાઉડર ફીડિંગ પ્રયોગો કરવા માટે ઑપ્ટિમાઇઝ નોઝલનો ઉપયોગ કર્યો, મૂળ નોઝલની કાર્યકારી કામગીરીમાં અસરકારક રીતે સુધારો કર્યો; જો કે, વાસ્તવિક પ્રોસેસિંગ નોઝલ ફોટોસેન્સિટિવ રેઝિન (ધાતુના ઉત્પાદનને બદલે) સાથે છાપવામાં આવી હતી, જેની અમુક મર્યાદાઓ છે. ગુઓ ચેન્ગુઆંગ એટ અલ. [8] કેન્દ્રીય ધરી પર પાવડર પ્રવાહ વિતરણ સાંદ્રતા અને એકમ અંતર દીઠ પાવડર પ્રવાહ વિતરણ સાંદ્રતા જેવા લાક્ષણિકતા પરિમાણો પર આધારિત ત્રિ-પરિમાણીય પાવડર ફીડિંગ નોઝલ ગેસ-પાવડર ફ્લો ફિલ્ડ સિમ્યુલેશન વિશ્લેષણ હાથ ધર્યું, અને પ્રભાવ પ્રાપ્ત કર્યો. પાવડર ફ્લો વિતરણ પર પાવડર ફીડિંગ પ્રક્રિયા પરિમાણો; જો કે, તેઓએ પાવડર સ્પોટ વ્યાસ પર દરેક પરિબળના પ્રભાવનું વિશ્લેષણ કર્યું નથી. GRIGORYANTS AG એટ અલ. [૯] પાવડર સ્પ્રે કન્વર્જન્સ માટે ગાણિતિક મોડેલની સ્થાપના કરી, નોઝલના શ્રેષ્ઠ ભૌમિતિક પરિમાણો નક્કી કર્યા, અને પાવડર કણોના કદ અને વાહક ગેસ પ્રવાહના શ્રેષ્ઠ પરિમાણોને ચકાસવા અને નિર્ધારિત કરવા માટે સિમ્યુલેશન સોફ્ટવેરનો ઉપયોગ કર્યો; જો કે, તેઓ કન્વર્જન્સ પરના પરિમાણો વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પ્રભાવને ધ્યાનમાં લેતા નથી. યાન રૂઇફેંગ એટ અલ. [૧૦] પાવડર ફ્લો અને ફ્લેટ-ટોપ લેસર કપ્લીંગ ઇફેક્ટ પર કોએક્સિયલ પાવડર ફીડિંગ નોઝલના પ્રોસેસ પેરામીટર્સના પ્રભાવનો અભ્યાસ કરવા માટે ત્રિ-પરિમાણીય મોડેલિંગ સિમ્યુલેશન અને ઇમેજ પ્રોસેસિંગ સોફ્ટવેરનો ઉપયોગ કર્યો અને વાજબી પાવડર ડિસ્ક રોટેશન સ્પીડ અને વાહક ગેસ મેળવ્યો. પ્રવાહ દર; જો કે, તેઓએ પાવડર ફ્લો ફિલ્ડ પર નોઝલ ડિઝાઇન ઓપ્ટિમાઇઝેશનના પ્રભાવને ધ્યાનમાં લીધો ન હતો. સચિન એટ અલ. [૧૧] પાઉડર ફ્લો ડાયનેમિક્સ અને પાવડર કેપ્ચર કાર્યક્ષમતા પર નોઝલના ઝોકની અસરનો અભ્યાસ કર્યો અને જાણવા મળ્યું કે વળેલું નોઝલ પાવડર જેટની અસમપ્રમાણતા અને વિચલન તરફ દોરી જશે, અને નોઝલના ઝોકના વધારા સાથે પાવડર કેપ્ચર કાર્યક્ષમતા ઝડપથી ઘટશે; જો કે, પ્રસ્તાવિત સુધારણાનાં પગલાંમાં વ્યવહારિક ચકાસણીનો અભાવ હતો. યાંગ ગુઆંગ એટ અલ. [૧૨] પાઉડરના પ્રવાહ પર વિવિધ હવાના પડદાના દબાણની અસરનું અનુકરણ કરીને નબળા નોઝલ પાવડર કન્વર્જન્સની સમસ્યાને સુધારવા માટે ગેસના દબાણના પરિમાણો મેળવ્યા; જો કે, ઉપરોક્ત અભ્યાસ માત્ર ત્રણ અલગ-અલગ દબાણની સ્થિતિઓ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે અને ગેસના દબાણની વિશાળ શ્રેણીની શોધ કરી નથી. GAO Xiang એટ અલ. [૧૩] પાવડર કણો અને ગેસના પ્રવાહ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનું અનુકરણ કરવા માટે અલગ તત્વ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કર્યો અને લેસર ક્લેડીંગમાં પાવડર ફ્લો વર્તન પર નોઝલ ભૂમિતિની અસરનું મૂલ્યાંકન કર્યું; જો કે, તેણે પાવડર કેપ્ચર રેટ પર ભૂમિતિમાં ચેનલ વ્યાસની અસરને ધ્યાનમાં લીધી નથી. હાલમાં, વિદ્વાનોએ મુખ્યત્વે કોક્સિયલ પાઉડર ફીડિંગના પ્રોસેસ પેરામીટર્સ અથવા એન્યુલર નોઝલના માળખાકીય પરિમાણોનો અભ્યાસ કર્યો છે, પરંતુ બાહ્ય પ્રવાહ ક્ષેત્રના પાવડર કન્વર્જન્સ પર મલ્ટિ-ચેનલ નોઝલના વિવિધ માળખાકીય પરિમાણોના પ્રભાવ પર ઓછું સંશોધન હાથ ધરવામાં આવ્યું છે. લેખક ચાર-ચેનલ કોએક્સિયલ પાવડર ફીડિંગ નોઝલનું દ્વિ-પરિમાણીય માળખાકીય મોડેલ સ્થાપિત કરે છે, પાવડર ટ્યુબના ઝોક કોણ, પાવડર ટ્યુબનો આંતરિક વ્યાસ, પાવડર ટ્યુબ ત્રિજ્યા, ઘટના ટ્યુબ ત્રિજ્યા અને બાહ્ય રક્ષણાત્મક ગેસ ઝોક કોણ અને ફોકલ લંબાઈ, ફોકલ ઊંડાઈ અને ફોકલ ત્રિજ્યા વચ્ચે ભૌમિતિક સંબંધ સ્થાપિત કરે છે; ગેસ-સોલિડ બે-તબક્કાના પ્રવાહ સિદ્ધાંતના આધારે, નોઝલની બહાર પાવડર ફ્લો ફિલ્ડ કન્વર્જન્સ પર વિવિધ માળખાકીય પરિમાણોના પ્રભાવનું વિશ્લેષણ કરવા માટે ત્રિ-પરિમાણીય ચાર-ચેનલ પાવડર ફ્લો ચેનલ ન્યુમેરિકલ મોડેલ સ્થાપિત કરવામાં આવે છે, જેથી મલ્ટી-ચેનલ કોએક્સિયલ પાવડર ફીડિંગ નોઝલના ઑપ્ટિમાઇઝેશન ડિઝાઇન માટે સૈદ્ધાંતિક સંશોધન પાયો સ્થાપિત કરી શકાય અને ક્લેડીંગ લેયરની મોર્ફોલોજી ગુણવત્તામાં વધુ સુધારો કરી શકાય.

1 ચાર-ચેનલ નોઝલ સંખ્યાત્મક મોડેલ

લેસર ક્લેડીંગ સિસ્ટમમાં મુખ્ય ઘટક તરીકે, ચાર-ચેનલ નોઝલ સામાન્ય રીતે લેસર, પાવડર ફીડિંગ ડિવાઇસ વગેરે સાથે સમગ્ર લેસર ક્લેડીંગ સિસ્ટમ બનાવે છે.
ક્લેડીંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન, લેસર ચોક્કસ આકાર અને વ્યાસના પ્રકાશ સ્થળની રચના કરવા માટે ઓપ્ટિકલ સિસ્ટમ (જેમ કે પરાવર્તક, ફોકસિંગ મિરર વગેરે) દ્વારા પ્રસારિત અને કેન્દ્રિત થાય છે; તે જ સમયે, પાવડર ફીડિંગ ઉપકરણ સમાનરૂપે અને સ્થિર રીતે મેટલ પાવડરને નોઝલની ચાર પાવડર ફીડિંગ ચેનલોમાં ચોક્કસ ઝડપ અને પ્રવાહ દરે પહોંચાડે છે; નોઝલ આઉટલેટ પર, લેસર બીમ અને પાવડરનો પ્રવાહ લગભગ એકસાથે ક્લેડીંગ એરિયા સુધી પહોંચે છે, અને ધાતુનો પાવડર ઉચ્ચ-ઊર્જા લેસર બીમના પ્રભાવ હેઠળ ઝડપથી ઓગળે છે અને ક્લેડીંગ લેયર બનાવવા માટે સબસ્ટ્રેટ સાથે ધાતુશાસ્ત્રીય રીતે જોડાય છે.

1.1 ચાર-ચેનલ પાવડર ફીડિંગ નોઝલના ભૌમિતિક મોડેલની સ્થાપના

ચાર-ચેનલ પાવડર ફીડિંગ નોઝલ એ લેસર ક્લેડીંગના મુખ્ય ઘટકોમાંનું એક છે.

નોઝલનો પાવડર ટ્યુબનો ઝોક કોણ, પાવડર ટ્યુબનો આંતરિક વ્યાસ અને અન્ય માળખાકીય પરિમાણો પાવડર કન્વર્જન્સ, પાવડર સ્પોટ વ્યાસ, પાવડર ફોકલ લંબાઈ, એકરૂપતા અને અન્ય પરિમાણોને સીધી અસર કરે છે.

નોઝલના ભૌમિતિક કદના પરિમાણો અને પાવડર ફ્લો કન્વર્જન્સ વચ્ચેના સંબંધનો અભ્યાસ કરવા માટે, લેખકે પાવડર કણોની હિલચાલ પ્રક્રિયા માટે અનુમાનોની શ્રેણી [14-15] પ્રસ્તાવિત કરી અને પાવડર ફીડિંગ નોઝલનું દ્વિ-પરિમાણીય માળખાકીય મોડેલ સ્થાપિત કર્યું. .
ધારણાઓ નીચે મુજબ છે: 1) પાવડર વેગ વાહક ગેસ વેગ સાથે સુસંગત છે, અને આઉટલેટ પર નોઝલ પાવડર ટ્યુબ સાથે ગેસ પાવડર ઇજેક્શનની ગતિ અને દિશા સ્થિર રહે છે; 2) કણો વચ્ચેની અથડામણ અને નોઝલની બહાર રક્ષણાત્મક ગેસના વિચલનને ધ્યાનમાં લેવામાં આવતું નથી; 3) વાહક ગેસ અને નોઝલ સ્ટ્રક્ચરના સુધારણા હેઠળ, જ્યારે બહાર કાઢવામાં આવે ત્યારે પાવડર સમાનરૂપે વિખેરાઈ જાય છે; 4) પાવડરના કણો 80 μm ના વ્યાસ સાથે એકસરખા ગોળાકાર હોય છે. કોક્સિયલ નોઝલનું દ્વિ-પરિમાણીય માળખું આકૃતિ 1 માં બતાવવામાં આવ્યું છે. તે આકૃતિ 1 માંથી જોઈ શકાય છે કે: અથડામણની અસરને અવગણવાના આધાર હેઠળ, પાવડરને પાઉડર ટ્યુબના ઝોકની દિશામાં આગળ વધવું જોઈએ, અને નોઝલ પછી. સુધારણા, તે પાવડર ટ્યુબ આઉટલેટ દિશા સાથે આગળ વધવાનું ચાલુ રાખશે, અને અંતે પાવડર ફ્લો કન્વર્જન્સ બનાવશે (સૈદ્ધાંતિક રીતે એક નળાકાર વિસ્તાર). જો કે, નાના પાવડર કણોમાં પ્રવાહી જેવા ગુણો હશે, જે પાઉડરને બહાર કાઢ્યા પછી અલગ બનાવે છે અને ગતિના માર્ગમાંથી વિચલિત થાય છે, અને કન્વર્જન્સ એરિયાનો વ્યાસ વધે છે, જેનાથી લેસર ક્લેડીંગની ગુણવત્તાને અસર થાય છે. દરેક માળખાકીય પરિમાણ અને પાવડર ફોકલ લંબાઈ, કેન્દ્રીય ઊંડાઈ અને કેન્દ્રીય ત્રિજ્યા વચ્ચેના સંબંધના આધારે, લેખકે પાવડર ફ્લો કન્વર્જન્સ પ્રભાવ કાર્યને અનુમાનિત કર્યું:
આકૃતિમાં (1)-(4) જુઓ

જ્યાં: f1, f2 એ પાવડર ફ્લો કન્વર્જન્સ ફોકસની ઉપલી ફોકલ લંબાઈ અને નીચલા ફોકલ લંબાઈ છે;
r4, r5 એ x-અક્ષ અને y-અક્ષ દિશાઓમાં પાવડર વિતરણ ચેનલ આઉટલેટ ત્રિજ્યા 1/2d1 ના અંદાજો છે; r એ પાવડર ટ્યુબ આઉટલેટના કેન્દ્ર બિંદુથી નોઝલની મધ્ય અક્ષ સુધીનું અંતર છે; α એ પાવડર ટ્યુબ અને x-અક્ષ વચ્ચેનો કોણ છે;
d1 એ પાવડર ટ્યુબ આઉટલેટનો આંતરિક વ્યાસ છે; γ એ પાવડર ફ્લો ડાયવર્જન્સ એંગલ છે.
પાવડર ફ્લો કન્વર્જન્સની ઉપલા અને નીચલા ફોકલ લંબાઈ વચ્ચેની કેન્દ્રીય ઊંડાઈ h છે: (5)

પાવડર ફ્લો કન્વર્જન્સ ફોકસની ત્રિજ્યા r2 અને r3 છે: (6), (7)

પાઉડર ફ્લો કન્વર્જન્સ એરિયા પર કાર્ય કરવા માટે બાહ્ય રક્ષણાત્મક ગેસ ઝોક કોણ β યોગ્ય રેન્જમાં હોવો જોઈએ, એટલે કે: (8), (9)

મલ્ટિ-ચેનલ કોક્સિયલ પાવડર ડિલિવરીમાં, જ્યારે કેરિયર ગેસ ફ્લો રેટ અને પાવડર ડિલિવરીની રકમ યથાવત રહે છે, ત્યારે કોક્સિયલ નોઝલના માળખાકીય પરિમાણોમાં તફાવત ફોકલ લંબાઈ અને પાવડર સ્પોટ વ્યાસને બદલશે, જેનાથી પાવડર ફ્લો કન્વર્જન્સને અસર થશે.

1.2 સતત તબક્કા નિયંત્રણ સમીકરણ
કોક્સિયલ નોઝલના બાહ્ય પ્રવાહ ક્ષેત્રમાં પાવડર કન્વર્જન્સ ગતિ પ્રક્રિયાનું સિમ્યુલેશન ગેસ-સોલિડ બે-તબક્કાના પ્રવાહની જટિલ સમસ્યા સાથે સંબંધિત છે. સિમ્યુલેશન પ્રક્રિયામાં ઉકેલાયેલ મોડલ સામાન્ય રીતે યુલર મોડલ અને ડિસ્ક્રીટ ફેઝ મોડલ હોય છે. તેમાંથી, યુલર મોડલ અલગ કણોને સ્યુડો-ફ્લો તરીકે ગણે છે, તેથી ગણતરી કરતી વખતે, કણોનો તબક્કો અને ગેસ તબક્કા બંનેને સતત તબક્કા તરીકે ગણવામાં આવે છે જેથી ગણતરી અને ગણતરીના સમયની માત્રામાં ઘટાડો થાય.

કણોનો તબક્કો બે-તબક્કાના મિશ્રણ (સામાન્ય રીતે 10%~12%) ના પ્રમાણમાં ઓછા પ્રમાણ માટે જવાબદાર હોવાથી, અલગ તબક્કાના મોડેલમાં પ્રવાહી લાક્ષણિકતાઓ હોતી નથી અને ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પ્રભાવને અવગણી શકાય છે. તેથી, પાવડર વહન કરતા ગેસના પ્રવાહને સતત તબક્કા તરીકે અને પાવડર કણોને અલગ તબક્કો [16-17] તરીકે ગણી શકાય. લેસર ક્લેડીંગ પ્રક્રિયામાં, વાહક ગેસ (નાઇટ્રોજન) ની ક્રિયા હેઠળ પાવડર કણો (316L આયર્ન પાવડર) નો વોલ્યુમ રેશિયો 10% કરતા ઓછો હોવાથી, લેખક બહારના પ્રવાહ ક્ષેત્રનું અનુકરણ અને વિશ્લેષણ કરવા માટે અલગ તબક્કાના મોડેલનો ઉપયોગ કરે છે. નોઝલ. અનુકરણ ગણતરીને સરળ બનાવવા માટે, લેખક ગણતરીમાં નીચેની ધારણાઓ બનાવે છે [18]: 1) ગેસ-સોલિડ દ્વિ-તબક્કાના પ્રવાહની હિલચાલ પર લેસર ઊર્જા અને અન્ય ઉષ્મા સ્ત્રોતોનો પ્રભાવ ધ્યાનમાં લેવામાં આવતો નથી; 2) વાહક ગેસ પ્રવાહ દર અને પાવડર કણો સમાન પ્રારંભિક વેગ સાથે વેગ ગણતરી ડોમેનમાં પ્રવેશ કરે છે; 3) માત્ર ગુરુત્વાકર્ષણ અને સતત તબક્કાના વધારાના સમૂહ બળ અને અલગ તબક્કાને ધ્યાનમાં લેવામાં આવે છે; 4) પાવડર ફ્લો ફિલ્ડ એક સ્થિર અને સમાન ફ્લો ફિલ્ડ છે અને સમય સાથે બદલાતું નથી. અલગ તબક્કાના મોડેલમાં, ગેસ એ અસંકોચિત ગેસ છે. તેથી, લેખક પાવડર કણો વચ્ચે થર્મલ અસરોની અવગણના કરે છે, અને નેવિઅર-સ્ટોક્સ (N–S) સમીકરણ અને રેનોલ્ડ્સની સરેરાશ સમય પદ્ધતિના આધારે, સતત તબક્કાના મોડલને મોડલ કરવામાં આવે છે, અને અનુભૂતિ કરી શકાય તેવા k-ε ટર્બ્યુલન્સ મોડલ સાથે જોડવામાં આવે છે. SHIH TH એટ અલ [19] દ્વારા મોડેલની દરખાસ્ત કરવામાં આવી હતી. જેટ, ચેનલ અને બાઉન્ડ્રી લેયર ફ્લોની દ્રષ્ટિએ તેને સ્ટાન્ડર્ડ મોડલ કરતાં શ્રેષ્ઠ બનાવે છે. અશાંતિના મૂળભૂત નિયંત્રણ સમીકરણોમાં સાતત્ય સમીકરણ અને મોમેન્ટમ સમીકરણનો સમાવેશ થાય છે. તેમાંથી, તોફાની ગતિ ઊર્જા k સમીકરણ અને વિસર્જન દર ε સમીકરણ નીચે મુજબ છે: (10)-(12)

ક્યાં: μ એ લેમિનર ગતિશીલ સ્નિગ્ધતા છે; μ1 એ એડી સ્નિગ્ધતા છે, જે સામાન્ય રીતે k અને ε અને પ્રયોગમૂલક સ્થિર Cμ દ્વારા ગણવામાં આવે છે. અન્ય k-ε મોડલ્સથી વિપરીત, Cμ એ સ્થિર નથી, પરંતુ લેમિનર સ્ટ્રેઈન અને કર્લનું કાર્ય છે; Gk એ લેમિનાર વેગ ગ્રેડિયન્ટ દ્વારા પેદા થતી અશાંત ગતિ ઊર્જા છે; Gb એ ઉછાળા દ્વારા ઉત્પન્ન થતી અશાંત ગતિ ઊર્જા છે; YM એ સંકોચનીય અશાંતિમાં વધુ પડતા પ્રસરણને કારણે થતી વધઘટ છે; ρ એ સંકુચિત ગેસની ઘનતા છે; k એ પ્રવાહી ગતિશીલ સ્નિગ્ધતા છે; ε એ તોફાની વિસર્જન દર છે; C1 એ પ્રયોગમૂલક સ્થિરાંક છે; અચળ C3ε એ ડિગ્રી નક્કી કરે છે કે જે ε ઉછાળાથી પ્રભાવિત થાય છે; v એ પ્રવાહ વેગ છે; σk, σε એ તોફાની ગતિ ઊર્જા k અને વિસર્જન દર ε ને અનુરૂપ અશાંત પ્લાન્ક સંખ્યાઓ છે.

જ્યાં: સબસ્ક્રિપ્ટ્સ i અને j એ સમય-સરેરાશ સાતત્ય સમીકરણો છે જે ટેન્સર સૂચકાંકોમાં વ્યક્ત થાય છે; Sk અને Sε વપરાશકર્તા-વ્યાખ્યાયિત છે; C1ε, C2, σk, σε ના મૂલ્યો મોડેલ સ્થિરાંકો તરીકે ઑપ્ટિમાઇઝ કરવામાં આવે છે અને C1ε=1.44, C2=1.9, σk =1.0, σε =1.2 તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે.

1.3 અલગ તબક્કાના કણો માટે ગણતરીના સમીકરણો
ફ્લુઅન્ટ સિમ્યુલેશનમાં, અલગ પાવડર કણોના માર્ગને લેગ્રેંગિયન પદ્ધતિ દ્વારા વર્ણવવામાં આવે છે. પાવડર પ્રવાહમાં કણોના જથ્થાના પ્રમાણને અવગણીને, કણોના બળ સંતુલન માટે સંચાલિત વિભેદક સમીકરણ છે: (13)
ક્યાં: ઉપર એ પાવડર કણોનો વેગ છે; gx એ x દિશામાં ગુરુત્વાકર્ષણ પ્રવેગક છે; FD એ કણો પર એકમ સમૂહ ખેંચો છે; Fx એ વધારાનું બળ છે, જેમાં થર્મોફોરેટીક ફોર્સ અને સેફમેન લિફ્ટ વગેરેનો સમાવેશ થાય છે. ગણતરી પ્રક્રિયા માત્ર કણોના પોતાના વજન અને દેખીતા સમૂહ બળને ધ્યાનમાં લે છે.

2 સંખ્યાત્મક સિમ્યુલેશન પ્રયોગ

લેખકે સોલિડવર્ક્સમાં લેસર ક્લેડીંગ ફોર-ચેનલ પાવડર ફીડિંગ નોઝલનું ત્રિ-પરિમાણીય ફ્લો ચેનલ મોડેલ સ્થાપિત કર્યું.
નોઝલનું ફ્લો ચેનલ ગણતરી મોડેલ આકૃતિ 2 માં બતાવવામાં આવ્યું છે.

આકૃતિ 2 (a) માં, નોઝલનું ત્રિ-પરિમાણીય મોડેલ આંતરિક રક્ષણાત્મક ગેસ ચેનલ, પાવડર ફીડિંગ ચેનલ અને અંદરથી બહારની બાહ્ય રક્ષણાત્મક ગેસ ચેનલથી બનેલું છે. તેમાંથી, પાવડર ફીડિંગ ચેનલમાં પાઈપોના બે વિભાગોનો સમાવેશ થાય છે, અને આગળના વિભાગની ઘટના પાઇપ અને પાછળના વિભાગના કન્વેઇંગ પાઇપનો આંતરિક વ્યાસ અલગ છે.
પ્રમાણમાં સચોટ સિમ્યુલેશન પરિણામો મેળવવા માટે, આકૃતિ 2 માં નળાકાર વિસ્તાર એ હવાનું ડોમેન છે જે ગણતરીના ડોમેન કરતાં ઘણું મોટું છે; દરેક ચેનલના પ્રવેશદ્વાર વેગવાળા પ્રવેશદ્વાર છે, જેને અનુક્રમે આંતરિક સુરક્ષા પ્રવેશદ્વાર, પાવડર ફીડિંગ પ્રવેશદ્વાર અને બાહ્ય સંરક્ષણ પ્રવેશ તરીકે નામ આપવામાં આવ્યું છે; એર ડોમેન આઉટલેટ તરીકે સેટ કરેલ છે અને બધા પ્રેશર આઉટલેટ છે; દરેક ચેનલની દિવાલોને એકસરખી રીતે દિવાલની સપાટી તરીકે નામ આપવામાં આવ્યું છે, અને પછી સ્થિતિસ્થાપક પુનઃપ્રાપ્તિ ગુણાંક, દરેક ચેનલની ઘટના વેગ, સોલ્વર અને અન્ય પરિમાણો વિવિધ માળખાકીય પરિમાણોનું અનુકરણ અને વિશ્લેષણ કરવા માટે સેટ કરવામાં આવે છે.
લેખક મુખ્યત્વે બાહ્ય પ્રવાહ ક્ષેત્રના પાવડર કન્વર્જન્સ પર દરેક માળખાકીય પરિમાણના એકલ પરિબળના પ્રભાવનો અભ્યાસ કરે છે, તેથી ગણતરીના ડોમેનને હલ કરતી વખતે અન્ય પરિમાણો એકીકૃત હોવા જોઈએ. તેમાંથી, પાવડર ખોરાકની માત્રા 15 ગ્રામ/મિનિટ છે, આંતરિક રક્ષણાત્મક ગેસની ગતિ 3 m/s છે, પાવડર વાહક ગેસની ગતિ 5 m/s છે, અને બાહ્ય રક્ષણાત્મક ગેસની ઝડપ 7 m/s છે. આકૃતિ 2 (b) માં, લેખક મોડેલને મેશ કરવા માટે ફ્લુએન્ટ-મેશિંગનો ઉપયોગ કરે છે, પાવડર ફ્લો કન્વર્જન્સ એરિયાને એન્ક્રિપ્ટ કરે છે અને તેને મેશ કરવા માટે પોલી-હેક્સકોરનો ઉપયોગ કરે છે.

3 પ્રાયોગિક પરિણામોનું વિશ્લેષણ

3.1 કન્વર્જન્સ પર નોઝલ પાવડર ટ્યુબના ઝોકની અસર

લેખક સમાનરૂપે પાવડર ટ્યુબના આંતરિક વ્યાસને 1.5 મીમી અને પાવડર ટ્યુબના આઉટલેટમાં અંતર 6 મીમી પર સેટ કરે છે.

વિવિધ પાવડર ટ્યુબ ઝોક ખૂણાઓ સાથે નોઝલના અક્ષીય અને રેડિયલ પ્લેન બાહ્ય પ્રવાહ ક્ષેત્રની પાવડર કન્વર્જન્સ સાંદ્રતા આકૃતિ 3 માં બતાવવામાં આવી છે.

આકૃતિ 3 માં, જેમ જેમ નોઝલ પાવડર ટ્યુબ ઝોક કોણ વધે છે, પાવડર ફોકલ લંબાઈ વધે છે, પાવડર કન્વર્જન્સ વધુ કેન્દ્રિત છે, અને પાવડર સ્પોટ આકાર વધુ નિયમિત છે.
આ ઘટનાનું કારણ એ છે કે સંરચનાના પ્રભાવને લીધે, એક મોટો ઝોક કોણ પાવડરના પ્રવાહને નોઝલના આઉટલેટથી ખૂબ દૂર કન્વર્જ કરે છે, અને કન્વર્જન્સ ફોકસ નોઝલના આઉટલેટથી વધુ દૂર છે; નાના ઝુકાવના ખૂણાને કારણે પાવડરનો પ્રવાહ નોઝલની નજીક એકીકૃત થાય છે, અને પાવડરનો પ્રવાહ મોટા ખૂણા પર છાંટવામાં આવે છે, જે પાવડર કણો વચ્ચે ફેલાવો વધારે છે, અને પ્રસરણ અસર પાવડર સ્પોટ આકારને અનિયમિત બનાવે છે; જ્યારે એક મોટો ઝોક કોણ પાવડરના પ્રવાહને સ્થિર પ્રવાહની સ્થિતિની રચના કર્યા પછી એકરૂપ થવા દે છે, પાવડર કણોના વિચલનને ઘટાડે છે, પાવડર સ્પોટ આકારને વધુ નિયમિત બનાવે છે અને કન્વર્જન્સ એકાગ્રતા વધારે છે.
સમાન પરિસ્થિતિઓ હેઠળ, કેન્દ્રીય અક્ષ Y દિશા સાથે વિવિધ નોઝલ પાવડર ટ્યુબ ઝોક ખૂણાઓનું પાવડર સાંદ્રતા વિતરણ આકૃતિ 4 માં બતાવવામાં આવ્યું છે.

તે આકૃતિ 4 પરથી જોઈ શકાય છે કે જેમ જેમ નોઝલ પાવડર ટ્યુબનો ઝોક કોણ વધે છે, પાવડર ફોકલ લંબાઈ વધે છે, અને પાવડરની સાંદ્રતા પહેલા વધે છે અને પછી સ્થિર થાય છે.
આ એટલા માટે છે કારણ કે નાના ઝોકના ખૂણાને લીધે નોઝલના આઉટલેટ પર પાવડર ગંભીર રીતે વેરવિખેર થાય છે અને મોટા પાવડર ફ્લો ઇન્જેક્શન એંગલ પર, પાવડરના કણો ગુરુત્વાકર્ષણ અને હવાના પ્રવાહથી વધુ પ્રભાવિત થાય છે, જે પાવડરના વેરવિખેરતાને વધુ તીવ્ર બનાવે છે, પરિણામે પાવડરની સાંદ્રતા ઓછી થાય છે. પાવડર કન્વર્જન્સ વિસ્તાર સરળતાથી રક્ષણાત્મક ગેસ દ્વારા પ્રભાવિત થાય છે, વધુ સાંદ્રતા ઘટાડે છે; તે જ સમયે, વેરવિખેર પાવડર નોઝલને છાંટી શકે છે અને અવરોધિત કરી શકે છે, જે પાવડર ફીડિંગ પ્રયોગ માટે અનુકૂળ નથી, તેથી ઝોકનો કોણ ખૂબ નાનો હોવો જોઈએ નહીં.
જેમ જેમ ઝોક કોણ વધે છે, પાવડર પ્રવાહ ધીમે ધીમે સ્થિર થાય છે, અને પાવડર કન્વર્જન્સ સાંદ્રતા પણ તે મુજબ વધે છે. જો કે, જ્યારે ઝોકનો કોણ ખૂબ મોટો હોય છે, ત્યારે એકાગ્રતા વૃદ્ધિ ધીમી પડી જાય છે, અને જ્યારે ઝોક કોણ 75° હોય છે, ત્યારે પાવડરની મોટી ફોકલ લંબાઈને કારણે, ગુરુત્વાકર્ષણની અસરમાં વધારો થવાને કારણે પાવડરની જડતા અપૂરતી હોય છે, જ્યારે તે એકરૂપ થવાનું શરૂ કરે છે ત્યારે પાવડરની સાંદ્રતામાં વધઘટ થવાનું કારણ બને છે, તેથી ઝોકનો કોણ ખૂબ મોટો ન હોવો જોઈએ.
સારાંશમાં, યોગ્ય પાવડર ટ્યુબ ઝોક કોણ 60° અને 75° ની વચ્ચે છે.

3.2 કન્વર્જન્સ પર નોઝલ પાવડર ટ્યુબના આંતરિક વ્યાસનો પ્રભાવ
લેખક એકસરખી રીતે નોઝલ પાવડર ટ્યુબના ઝોક કોણને 65° અને નોઝલ પાવડર ટ્યુબના આઉટલેટમાં અંતર 6 mm પર સેટ કરે છે.
વિવિધ પાવડર ટ્યુબ આંતરિક વ્યાસ સાથે નોઝલના કેન્દ્રિય અક્ષની Y દિશા સાથે પાવડર સાંદ્રતાનું વિતરણ આકૃતિ 5 માં બતાવવામાં આવ્યું છે. તે આકૃતિ 5 પરથી જોઈ શકાય છે કે નોઝલ પાવડર ટ્યુબનો આંતરિક વ્યાસ પાવડર કન્વર્જન્સ પર નોંધપાત્ર અસર કરે છે. જેમ જેમ પાવડર ટ્યુબનો આંતરિક વ્યાસ વધે છે તેમ, પાવડરની સાંદ્રતા અને પાવડરની કેન્દ્રીય લંબાઈ બંને પહેલા વધતા અને પછી ઘટવાનું વલણ દર્શાવે છે. જ્યારે પાવડર ટ્યુબનો આંતરિક વ્યાસ 0.5 મીમી હોય છે, ત્યારે સાંદ્રતા લગભગ 0 હોય છે, કારણ કે પાવડર ટ્યુબમાં પાવડરનો પ્રવાહ પ્રતિકાર ખૂબ મોટો હોય છે, પરિણામે પાવડર અવરોધ થાય છે; જ્યારે પાવડર ટ્યુબનો આંતરિક વ્યાસ 1 મીમી હોય છે, ત્યારે પાવડર એકરૂપ થવાનું શરૂ કરે છે પરંતુ સાંદ્રતામાં મોટા પ્રમાણમાં વધઘટ થાય છે. કારણ કે પાવડર ટ્યુબમાં પ્રવાહ પ્રતિકાર હજુ પણ મોટો છે, કેટલાક પાવડરનો અસરકારક રીતે ઉપયોગ કરી શકાતો નથી, તેથી પાવડર ટ્યુબમાં હજુ પણ અવરોધ છે. તે જ સમયે, નોઝલમાંથી છંટકાવ કર્યા પછી પાવડર ગંભીર રીતે અલગ થઈ જાય છે, પરિણામે નબળા પાવડર પ્રવાહ સંપાત અસર થાય છે, તેથી પાવડર સાંદ્રતા વિતરણમાં મોટા પ્રમાણમાં વધઘટ થાય છે; જ્યારે પાવડર ટ્યુબનો આંતરિક વ્યાસ 1.5 મીમી હોય છે, ત્યારે પાવડર એકાગ્રતા વળાંક આશરે ગૌસીયન વિતરણ હોય છે, પાવડર એક સ્થિર પાવડર પ્રવાહ બનાવે છે, અને એકાગ્રતા કન્વર્જન્સ પછી ઝડપથી વધીને 22.9 kg/m3 થાય છે, અને પછી ઝડપથી ઘટીને 0 kg/. m3, લગભગ પાવડર વિચલનના પ્રભાવ વિના; જ્યારે પાવડર ટ્યુબનો આંતરિક વ્યાસ 2 mm ~ 2.5 mm હોય છે, ત્યારે પાવડરની સાંદ્રતા ઘટે છે. આ ઘટના એટલા માટે થાય છે કારણ કે ટ્યુબનો વ્યાસ ઘણો પહોળો છે, જે પાવડર ટ્યુબની જગ્યામાં પાઉડર કણોની વિતરણ શ્રેણીને પહોળી બનાવે છે, પરિણામે ગેસની અપૂરતી જડતા અને અત્યંત કેન્દ્રિત પાવડર પ્રવાહની રચના કરવામાં મુશ્કેલી થાય છે. તેથી, છાંટવામાં આવેલા પાવડર ફ્લો બીમનો વ્યાસ મોટો બને છે અને વિક્ષેપ વધારે છે, પરિણામે એકાગ્રતામાં ઘટાડો થાય છે. પાવડર ફોકલ લંબાઈ પહેલા વધે છે અને પછી આંતરિક વ્યાસના વધારા સાથે ઘટે છે. જ્યારે આંતરિક વ્યાસ નાનો હોય છે, ત્યારે પાવડર ગંભીર રીતે અવરોધિત થાય છે. જ્યારે આંતરિક વ્યાસ મોટો હોય છે, ત્યારે પાવડર પ્રવાહનો વ્યાસ વધે છે, કન્વર્જન્સ પોઝિશન અદ્યતન હોય છે, અને ફોકલ લંબાઈ ઘટે છે. સમાન પરિસ્થિતિઓ હેઠળ, કન્વર્જન્સ પ્લેન X દિશામાં વિવિધ નોઝલ પાવડર ટ્યુબ આંતરિક વ્યાસનું પાવડર કન્વર્જન્સ આકૃતિ 6 માં બતાવવામાં આવ્યું છે. આકૃતિ 6 પરથી જોઈ શકાય છે કે જ્યારે અંદરનો વ્યાસ 0.5 મીમી હોય છે, ત્યારે પાવડરના ગંભીર અવરોધને કારણે, પાવડરનો પ્રવાહ અસરકારક પાવડર સ્પોટ બનાવવા માટે એકરૂપ થવામાં નિષ્ફળ જાય છે. જેમ જેમ નોઝલ પાવડર ટ્યુબનો આંતરિક વ્યાસ વધે છે તેમ, પાવડર સ્પોટ વ્યાસ પહેલા ઘટે છે અને પછી વધે છે. જ્યારે આંતરિક વ્યાસ 1 મીમી હોય છે, ત્યારે પણ પાવડર સ્થિર પાવડર પ્રવાહ બનાવવામાં નિષ્ફળ જાય છે, અને પાવડર વેરવિખેર થઈ જાય છે, જેના પરિણામે મોટા વ્યાસવાળા અનિયમિત પાવડર ફોલ્લીઓ દેખાય છે; જ્યારે આંતરિક વ્યાસ 1.5 મીમી હોય છે, ત્યારે પાવડર ફ્લો સ્થિર હોય છે, તેથી પાવડર સ્પોટ વ્યાસ પાવડર ટ્યુબના આંતરિક વ્યાસની નજીક હોય છે; જ્યારે આંતરિક વ્યાસ 2 મીમી ~ 2.5 મીમી હોય છે, ત્યારે અપૂરતી ગેસ જડતા અને પાવડર ફ્લો બીમના વ્યાસમાં વધારાને કારણે કન્વર્જન્ટ પાવડર સ્પોટ વ્યાસ વધે છે.
સારાંશમાં, પાવડરને અવરોધિત અને સ્થિર રીતે છાંટવામાં ન આવે તેની ખાતરી કરવા માટે, પાવડર સ્પોટ વ્યાસ મેળવવા માટે, સૌથી નાનો શક્ય આંતરિક વ્યાસ પસંદ કરવો જોઈએ, એટલે કે, આંતરિક વ્યાસ લગભગ 1.5 મીમી છે.

3.3 કન્વર્જન્સ પર નોઝલ પાવડર ટ્યુબ આઉટલેટ પર અંતરની અસર
લેખક એકસરખી રીતે નોઝલ પાવડર ટ્યુબનો ઝોક કોણ 65° અને નોઝલ પાવડર ટ્યુબનો આંતરિક વ્યાસ 1.5 mm પર સેટ કરે છે.
સમાન પરિસ્થિતિઓ હેઠળ, કેન્દ્રીય અક્ષ Y દિશા સાથે અને નોઝલ પાવડર ટ્યુબ આઉટલેટ અંતરની કન્વર્જન્સ પ્લેન X દિશા સાથે પાવડર સાંદ્રતાનું વિતરણ આકૃતિ 7 માં બતાવવામાં આવ્યું છે.

આકૃતિ 7 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, નોઝલ અને પાવડર ટ્યુબ આઉટલેટ વચ્ચેનું અંતર પાવડર ફોકલ લંબાઈ પર નોંધપાત્ર અસર કરે છે. જેમ જેમ પાવડર ટ્યુબ આઉટલેટ વચ્ચેનું અંતર વધે છે તેમ, પાવડર ફોકલ લંબાઈ વધે છે, સાંદ્રતા ધીમે ધીમે ઘટે છે, અને પાવડર સ્પોટનું કદ લગભગ યથાવત રહે છે. આ ઘટનાનું કારણ એ છે કે માળખાકીય પરિમાણોના પ્રભાવને લીધે, પાવડર ટ્યુબના આઉટલેટ વચ્ચેનું અંતર વધે છે, પરિણામે પાવડર પ્રવાહની મોટી પ્રારંભિક પહોળાઈ થાય છે, જેને એકરૂપ થવા માટે લાંબા અંતરની જરૂર પડે છે, અને ફોકલ લંબાઈ તે મુજબ વધે છે; તે જ સમયે, નોઝલમાંથી બહાર નીકળ્યા પછી પાવડરને એકરૂપ થવા માટે લાંબા અંતરની જરૂર હોવાથી, તે ગુરુત્વાકર્ષણ અને હવાના પ્રતિકાર માટે વધુ સંવેદનશીલ છે, પરિણામે ગેસની અપૂરતી જડતા છે, જે પાવડરનું પ્રમાણ ઘટાડે છે અને પાવડરની સાંદ્રતા ઘટાડે છે; પરંતુ તે પાવડર એકત્રીકરણ પ્રભાવને અસર કરતું નથી, તેથી પાવડર સ્પોટનું કદ સ્થિર છે. નોઝલના ઊંચા તાપમાને બર્નિંગને ટાળવા માટે, જ્યારે પાવડર ટ્યુબના આઉટલેટ વચ્ચેનું અંતર લગભગ 12 મીમી હોય, તો પાઉડર ફોકલ લંબાઈ વધુ યોગ્ય છે જો માળખાકીય ડિઝાઇન પરવાનગી આપે છે. 3.4 કન્વર્જન્સ પર નોઝલ ઘટના ટ્યુબના આંતરિક વ્યાસનો પ્રભાવ
લેખક એકસરખી રીતે નોઝલ ડિલિવરી ટ્યુબનો આંતરિક વ્યાસ 1.5 mm, નોઝલ ઘટના ટ્યુબનો આંતરિક વ્યાસ 2 mm અને વાહક ગેસ વેગ 5 m/s પર સેટ કરે છે. અક્ષીય પ્લેન સાથે નોઝલ સિંગલ પાવડર ટ્યુબનું વેગ વેક્ટર વિતરણ આકૃતિ 8 માં બતાવવામાં આવ્યું છે.

આકૃતિ 8 માંથી જોઈ શકાય છે કે: જ્યારે નોઝલ ઘટના ટ્યુબનો આંતરિક વ્યાસ નોઝલ ડિલિવરી ટ્યુબના આંતરિક વ્યાસ કરતા નાનો હોય છે, ત્યારે જગ્યામાં વધારો થવાને કારણે પાવડર ડિલિવરી ઝડપ લગભગ 1.78m/s સુધી ઘટી જશે; જ્યારે નોઝલ ઘટના ટ્યુબનો આંતરિક વ્યાસ નોઝલ ડિલિવરી ટ્યુબના આંતરિક વ્યાસ જેટલો હોય છે, ત્યારે પાવડર ડિલિવરી ઝડપ લગભગ યથાવત રહે છે; જ્યારે નોઝલ ઘટના ટ્યુબનો આંતરિક વ્યાસ નોઝલ ડિલિવરી ટ્યુબના આંતરિક વ્યાસ કરતા મોટો હોય છે, ત્યારે ડિલિવરીની જગ્યા સાંકડી થવાને કારણે પાવડર ડિલિવરીની ઝડપ ઝડપથી વધે છે. તેથી, નોઝલ ઘટના ટ્યુબનો આંતરિક વ્યાસ જેટલો મોટો છે, તેટલી વધુ પાવડર વિતરણ ઝડપ.
સમાન પરિસ્થિતિઓ હેઠળ, કેન્દ્રીય ધરી Y દિશા અને કન્વર્જન્સ પ્લેન X દિશા સાથે વિવિધ નોઝલ ઘટના ટ્યુબ આંતરિક વ્યાસનું પાવડર સાંદ્રતા વિતરણ આકૃતિ 9 માં બતાવવામાં આવ્યું છે.

આકૃતિ 9 માંથી જોઈ શકાય છે કે: જ્યારે નોઝલ ઘટના ટ્યુબનો આંતરિક વ્યાસ કન્વેયિંગ ટ્યુબના આંતરિક વ્યાસ જેટલો હોય છે, ત્યારે પાવડરની સાંદ્રતા સૌથી વધુ હોય છે, અને પાવડરની સાંદ્રતા કેન્દ્રીય ધરી સાથે વધુ સમાનરૂપે વિતરિત થાય છે; જો નોઝલ ઇન્સેન્ટ ટ્યુબનો આંતરિક વ્યાસ નોઝલ કન્વેઇંગ ટ્યુબના આંતરિક વ્યાસ કરતા નાનો હોય, તો પાવડર ફીડિંગ સ્પીડમાં ઘટાડો થવાને કારણે ગેસની જડતા અપૂરતી હશે, જેના કારણે પાવડરનું ગંભીર વિક્ષેપ થાય છે. તેથી, જ્યારે પાવડર કન્વર્જ થાય છે ત્યારે સ્પષ્ટ વધઘટ થાય છે, અને પાવડરની સાંદ્રતા અસમાન રીતે વિતરિત થાય છે; જો નોઝલ ઇન્સેન્ટ ટ્યુબનો આંતરિક વ્યાસ નોઝલ કન્વેઇંગ ટ્યુબના આંતરિક વ્યાસ કરતા મોટો હોય, તો પાવડર ફીડિંગ ઝડપ ખૂબ મોટી છે, જેના કારણે એકમ સમય દીઠ બહાર નીકળેલા પાવડર કણોની સંખ્યામાં વધારો થશે, વિતરણ શ્રેણી ખૂબ વિશાળ છે. , અને પાવડરની સાંદ્રતા ઘટશે અથવા અસરકારક પાવડર સ્પોટ બનાવવામાં પણ નિષ્ફળ જશે. સારાંશમાં, સારી પાઉડર ફીડિંગ અસર જાળવવા માટે, ઘટના ટ્યુબનો આંતરિક વ્યાસ શક્ય તેટલો કન્વેઇંગ ટ્યુબ સાથે મેળ ખાતો હોવો જોઈએ. 3.5 કન્વર્જન્સ પર નોઝલ બાહ્ય રક્ષણાત્મક ગેસના ઝોક કોણનો પ્રભાવ લેખક સમાનરૂપે નોઝલ પાવડર ટ્યુબના ઝોક કોણને 65°, નોઝલ પાવડર ટ્યુબનો આંતરિક વ્યાસ 1.5 mm, નોઝલ ઘટના ટ્યુબ આંતરિક વ્યાસ 2 mm પર સેટ કરે છે, અને નોઝલ પાવડર ટ્યુબ આઉટલેટ અંતર 6 મીમી. વિવિધ બાહ્ય રક્ષણાત્મક ગેસ ઝોક ખૂણાઓ સાથે નોઝલના અક્ષીય અને રેડિયલ પ્લેનમાં બાહ્ય પ્રવાહ ક્ષેત્રની પાવડર કન્વર્જન્સ સાંદ્રતા આકૃતિ 10 માં બતાવવામાં આવી છે.

આકૃતિ 10 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, પાઉડર સ્પોટ વ્યાસ અને ફોકલ પોઝિશનના કદ પર નોઝલના બાહ્ય રક્ષણાત્મક ગેસ ઝોક કોણની અસર સ્પષ્ટ નથી. જ્યારે ઝોકનો કોણ 35° હોય છે, ત્યારે પાવડરનો પ્રવાહ બાહ્ય રક્ષણાત્મક ગેસના પ્રવાહ દ્વારા ચોક્કસ સ્પર્શક વેગને આધિન થાય છે, જેના પરિણામે પાવડર કણોનો ચુસ્ત પાવડર પ્રવાહ કેન્દ્ર તરફ વળે છે, પરંતુ વિચલન પાવડર સ્પોટ આકારનું કારણ બનશે. અનિયમિત હોવું; જ્યારે ઝોક કોણ 50° હોય છે, ત્યારે પાઉડર કન્વર્જન્સ પોઈન્ટ પર સમાનરૂપે વિતરિત થાય છે અને પાવડર સ્પોટ આકાર નિયમિત હોય છે; જ્યારે ઝોક કોણ 65° હોય છે, ત્યારે પાવડરનો પ્રવાહ અલગ થઈ જાય છે, જે બાહ્ય રક્ષણાત્મક ગેસ વિનાના કેસ જેવો જ હોય ​​છે, જેમાં થોડો તફાવત હોય છે.
સમાન પરિસ્થિતિઓ હેઠળ, વિવિધ બાહ્ય રક્ષણાત્મક ગેસ ઝોક ખૂણાઓ સાથે નોઝલના કેન્દ્રિય અક્ષની Y દિશા સાથે પાવડર સાંદ્રતાનું વિતરણ આકૃતિ 11 માં બતાવવામાં આવ્યું છે.

આકૃતિ 11 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, જ્યારે ઝોક કોણ 35° હોય છે, ત્યારે બાહ્ય શીલ્ડિંગ ગેસ મુખ્યત્વે પાવડર ફ્લો કન્વર્જન્સ એરિયાના ઉપરના ભાગ પર કાર્ય કરે છે, અને તેની સુધારક અસર પાવડરને કેન્દ્રમાં કન્વર્જ કરવા અને પાવડરની સાંદ્રતામાં વધારો કરે છે; જ્યારે ઝોક એંગલ 50° હોય છે, ત્યારે ગેસ લગભગ સંપૂર્ણપણે પાવડર ફ્લો કન્વર્જન્સ પર કામ કરે છે, અને પાવડર કન્વર્જન્સ પર પાવડર કણો વધુ સમાનરૂપે વિતરિત થાય છે, જ્યારે ફોકસ પરની સાંદ્રતા બાહ્ય કવચ ગેસ વિના તેના કરતા ઓછી હોય છે; જ્યારે ઝોક કોણ 65° હોય છે, ત્યારે બાહ્ય રક્ષણાત્મક ગેસનો પ્રવાહ પાવડર વહન કરતા ગેસના પ્રવાહની સમાંતર હોય છે, અને તેની કન્વર્જન્સ વિસ્તાર પર ઓછી અસર પડે છે, તેથી પાવડર એકાગ્રતા વળાંક બાહ્ય કવચ ગેસ વિના તેના કરતા ઘણો અલગ નથી.
સારાંશમાં, નોઝલ બાહ્ય શીલ્ડિંગ ગેસનો ઝોક કોણ 35° અને 65° ની વચ્ચે હોવો જોઈએ, જે પાવડરની સાંદ્રતામાં થોડો ફેરફાર કરી શકે છે, અને કન્વર્જન્સ એરિયામાં વિતરણ વધુ સમાન અને આકારને વધુ નિયમિત બનાવી શકે છે.

3.6 પેરામીટર ઓપ્ટિમાઇઝેશન અને પ્રાયોગિક ચકાસણી
પાઉડર ફ્લોના કન્વર્જન્સ પર ઉપરોક્ત માળખાકીય પરિમાણોના પ્રભાવ અનુસાર, લેખક નોઝલને ઑપ્ટિમાઇઝ કરે છે અને વાસ્તવિક ઑબ્જેક્ટની ડિઝાઇન અને ઉત્પાદન કરે છે.
લેસર ક્લેડીંગ સિસ્ટમ અને વાસ્તવિક નોઝલ આકૃતિ 12 માં દર્શાવેલ છે.

આકૃતિ 12 માં, પ્રયોગમાં ઉપયોગમાં લેવાતી લેસર ક્લેડીંગ સિસ્ટમમાં ABB2600, Chuangxin MFSC 3000X શ્રેણીના ફાઇબર લેસર, કુલર અને પાવડર ફીડરનો સમાવેશ થાય છે; નોઝલ સારી થર્મલ વાહકતા સાથે કોપરની બનેલી છે. સિમ્યુલેશન પરિણામો અનુસાર, લેખક નોઝલ સ્ટ્રક્ચરને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે વાજબી માળખાકીય પરિમાણો પસંદ કરે છે. ઑપ્ટિમાઇઝ્ડ નોઝલના માળખાકીય પરિમાણો કોષ્ટક 1 માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે. સમાન પાવડર ફીડિંગ રકમ, વાહક ગેસની ગતિ, ગેસની ગતિ અને અન્ય શરતો હેઠળ, લેખકે લેસર ક્લેડીંગ સિસ્ટમ પર ઑપ્ટિમાઇઝ કોક્સિયલ પાવડર ફીડિંગ નોઝલ ઇન્સ્ટોલ કર્યું, પાવડર ફીડિંગ પ્રયોગો હાથ ધર્યા, અને મોડેલની વિશ્વસનીયતા ચકાસવા માટે પ્રાયોગિક પરિણામોની સિમ્યુલેશન પરિણામો સાથે સરખામણી કરી. પ્રાયોગિક પરિણામો અને સિમ્યુલેશન પરિણામો વચ્ચેની સરખામણી આકૃતિ 13 માં બતાવવામાં આવી છે. તે આકૃતિ 13 પરથી જોઈ શકાય છે કે દરેક ચેનલમાં પાવડર સ્થિર છે, ત્યાં કોઈ સ્પષ્ટ વિચલનની ઘટના નથી, અને પાવડર કન્વર્જન્સ સારું છે, અને પાવડરનો ઉપયોગ દર ઊંચો છે; તે જ સમયે, પાવડર સ્પોટ વ્યાસ અને પાવડર ફોકલ લંબાઈના સિમ્યુલેશન અને પ્રાયોગિક પરિણામોમાં અનુક્રમે 10% અને 1.9% ની ભૂલો છે, જે બંને 10% થી વધુ નથી. આ બતાવે છે કે સિમ્યુલેશન પરિણામો પરીક્ષણ પરિણામો સાથે સારી રીતે બંધબેસે છે; આ મોડેલના સિમ્યુલેશન પરિણામોમાં ઉચ્ચ ચોકસાઈ છે, અને મોડેલમાં ફ્લો ફિલ્ડ સિમ્યુલેશન માટે ઉચ્ચ સંદર્ભ મૂલ્ય છે.

4 નિષ્કર્ષ
લેખકે ચાર-ચેનલ લેસર ક્લેડીંગ કોએક્સિયલ પાવડર ફીડિંગ નોઝલના દ્વિ-પરિમાણીય માળખાકીય મોડેલની સ્થાપના કરી, અને વિવિધ માળખાકીય પરિમાણો અને કેન્દ્રીય લંબાઈ, કેન્દ્રીય ઊંડાઈ અને પાવડર સ્પોટ વ્યાસ વચ્ચે ભૌમિતિક સંબંધ સ્થાપિત કર્યો; ગેસ-સોલિડ દ્વિ-તબક્કાના પ્રવાહના સિદ્ધાંતના આધારે, ચાર-ચેનલ પાવડર ફીડિંગ નોઝલનું ત્રિ-પરિમાણીય પ્રવાહ ચેનલ મોડેલ સ્થાપિત કરવામાં આવ્યું હતું, અને નોઝલ પ્રવાહ ક્ષેત્રમાં પાવડરના સંપાત પર વિવિધ માળખાકીય પરિમાણોની અસરોનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો. ; સિમ્યુલેશન પરિણામોની ચોકસાઈ ચકાસવા માટે ઑપ્ટિમાઇઝ નોઝલનું પ્રોટોટાઇપ પર પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું.
સંશોધનના તારણો નીચે મુજબ છે.
1) જ્યારે નોઝલ પાવડર ટ્યુબ ઝોક કોણ વધે છે, ત્યારે પાવડર ફોકલ લંબાઈ વધે છે, અને પાવડર સાંદ્રતા પહેલા વધે છે અને પછી સ્થિર થાય છે. જ્યારે પાવડર ટ્યુબનો ઝોક કોણ 60° ~ 75° હોય, ત્યારે પાવડરનો પ્રવાહ સ્થિર હોય છે અને પાવડરને સુરક્ષિત સ્થિતિમાં એકત્ર કરી શકાય છે; જ્યારે નોઝલનો બાહ્ય રક્ષણાત્મક ગેસ ઝોક એંગલ ખૂબ નાનો હોય છે, ત્યારે પાવડર કન્વર્જન્સ અને ડાયવર્જન્સ ગંભીર હશે, અને જ્યારે તે ખૂબ મોટું હોય છે, ત્યારે બાહ્ય રક્ષણાત્મક ગેસનો પ્રવાહ પાવડર કન્વર્જન્સ વિસ્તાર પર કાર્ય કરશે નહીં; જ્યારે નોઝલનો બાહ્ય રક્ષણાત્મક ગેસ ઝોક કોણ 35°~65° હોય છે, ત્યારે બાહ્ય રક્ષણાત્મક ગેસ પ્રવાહ કન્વર્જન્સ વિસ્તાર પર કાર્ય કરે છે, પાવડર સાંદ્રતા વિતરણ વધુ સમાન હોય છે, અને પાવડર સ્પોટ આકાર વધુ નિયમિત હોય છે;
2) જ્યારે નોઝલ પાવડર ટ્યુબનો આંતરિક વ્યાસ વધે છે, ત્યારે પાવડર ફોકલ લંબાઈ પહેલા વધે છે અને પછી ઘટે છે, અને પાવડર સાંદ્રતા પણ પહેલા વધે છે અને પછી ઘટે છે. પાવડર અવરોધિત નથી અને તેને સ્થિર રીતે છાંટવામાં આવે છે તેની ખાતરી કરવા માટે, પાવડર સ્પોટ વ્યાસનો નાનો વ્યાસ મેળવવા માટે, નોઝલ પાવડર ટ્યુબનો આંતરિક વ્યાસ શક્ય તેટલો નાનો હોવો જોઈએ. યોગ્ય નોઝલ પાવડર ટ્યુબનો આંતરિક વ્યાસ લગભગ 1.5 મીમી છે; તે જ સમયે, નોઝલ ઘટના ટ્યુબના આંતરિક વ્યાસના વધારા સાથે પાવડર ડિલિવરીની ઝડપ વધશે. સારી પાઉડર ડિલિવરી અસર જાળવવા માટે, ઘટના ટ્યુબનો આંતરિક વ્યાસ શક્ય તેટલો કન્વેઇંગ ટ્યુબ સાથે મેળ ખાતો હોવો જોઈએ; 3) નોઝલ પાવડર ટ્યુબ આઉટલેટ પરનું અંતર મુખ્યત્વે પાવડર ફોકલ સ્થિતિને અસર કરે છે. નોઝલ પાવડર ટ્યુબ આઉટલેટ અંતર પાવડર ફોકલ લંબાઈના સીધા પ્રમાણમાં છે. પાવડર ટ્યુબના આઉટલેટ અંતર જેટલું મોટું, પાવડર ફોકલ લંબાઈ જેટલી મોટી. જ્યારે પાવડર ટ્યુબના આઉટલેટનું અંતર લગભગ 12 મીમી હોય, ત્યારે પાવડર ફોકલ લંબાઈ યોગ્ય હોય છે; ઑપ્ટિમાઇઝ્ડ ફોર-ચેનલ નોઝલ પાવડર સ્પોટ વ્યાસ 2.2 mm છે, પાવડર ફોકલ લંબાઈ 16.1 mm છે, પાવડર પ્રવાહમાં સ્પષ્ટ વિચલન નથી, પાવડર કન્વર્જન્સ સારું છે, અને પાવડરનો ઉપયોગ દર ઊંચો છે. અનુગામી સંશોધનમાં, લેખક વિવિધ માળખાકીય પરિમાણોના પ્રભાવ પર બહુ-ઉદ્દેશ્ય ઑપ્ટિમાઇઝેશન સંશોધન કરશે, અને માળખાકીય પરિમાણોનું આદર્શ સંયોજન મેળવવા માટે, માળખાકીય પરિમાણો અને પાવડર ફ્લો કન્વર્જન્સ લાક્ષણિકતાઓનું રીગ્રેસન મોડેલ સ્થાપિત કરશે.