1 引言

随着超音速火焰喷涂（HVOF）技术被广泛应用于航天航空、钢铁石油、生物医疗、造纸印刷、汽车制造等行业及领域[1]，作为其关键部分的喷枪结构的不足之处也随之凸显出来。

就目前大多数HVOF喷枪结构而言，在实际喷涂作业中存在着喷涂枪管刮伤磨损、结瘤堵塞和送粉不均匀等缺陷，直接导致喷涂效率低下和涂层性能无法保证。对此，很多专家学者进行了理论研究和试验分析。文献[2]进行了喷涂参数对双阶段超音速火焰喷涂系统的影响研究，给出了包括喷涂粒子粒径及燃料质量流量等在内的参数对喷涂性能有较大影响的结论。文献[3]进行了有关超音速火焰喷枪结构对喷涂粒子飞行特性影响的研究，结果得出：喷枪结构参数对喷涂粒子飞行特性影响显著，过长的枪管导致粉末结瘤堵塞的机率增大。文献[4]对超音速火焰喷涂气固两相流进行了数值模拟研究，得出了粉末颗粒的入口条件对枪管壁的撞击冲刷磨损影响较突出等结论。文献[5]对HVOF喷涂枪的几何参数等对流场影响规律进行了研究，其结果表明喷涂枪管的直径、长度及扩展角等几何参数的变化，对流场影响较大。显然，据所参考的文献显示，大多数只对HOVF枪的流场及粒子特性进行模拟分析，很少有涉及对其结构进行改进设计研究。而且，到目前为止，还没有一种很好的办法或工艺来解决枪管结瘤堵塞和冲刷磨损问题。因此，我们从实际调研情况出发，在保证喷涂性能的前提下，根据空气动力学原理和前人的研究成果，设计出一款新型环缝轴向送粉HVOF枪。

评定患者焦虑情况(利用焦虑自评量表);对比两组患者护理满意度,具体包括术前的访视、态度、语言、手术指导、隐私保护、心理支持、手术指导及术后回访等;手术医师满意度,包括手术前的器械准备工作,手术操作与配合熟练程度、病情处理、协作沟通等。分为不满意、基本满意、满意共三个项目[3]。

2 超音速火焰喷涂（HVOF）枪

2.1 HVOF枪的结构组成

目前的超音速火焰喷涂（HVOF）枪主要由稳压器、燃烧室、Laval喷嘴及喷涂枪管等组成，如图1所示。其中焰流被加速至超音速是通过特制Laval喷嘴来实现。径向送粉孔大多选择在距喷嘴出口一定距离处，采用连接体与喷嘴相连。焰流和喷涂粉末在喷涂枪管中混合并高速运动。

为了验证本文扩展算法检索性能及其有效性，构建基于向量空间检索模型的跨语言信息检索实验平台，并在该平台进行本文越-英跨语言查询译后扩展实验.实验所用的机器翻译接口是Microsoft Translator API.

  

图1 HVOF枪结构Fig.1 Structure of High Velocity Oxygen Fuel Gun

2.2 HVOF枪工作原理

喷涂过程中，燃料和助燃剂在密闭燃烧室中剧烈燃烧，产生的高温高压焰流经过特制喷嘴进行加速至高超音速。通过安装在稳压器上的传感器对燃烧室内的压力及温度进行实时监测，调整燃料和助燃剂的质量流量来调节焰流特性，待焰流稳定后开始送入喷涂粉末，粉末在喷涂枪管中经焰流加速加热至熔融或半熔融状并喷射出枪管，最终完成喷涂过程。由于喷涂过程高温高热，为防止HVOF枪烧蚀，其外围采用循环冷却水进行强制冷却。

3 新型HVOF枪结构设计

3.1 燃烧室设计

燃料和助燃剂在燃烧室中迅速燃烧以实现能量快速转化，所以燃烧室性能的好坏决定了燃烧效率的高低。本次设计选择使用最广泛的桶形燃烧室，并对其进行了改进，使其实现对焰流平顺引流和提前分流。为保证燃烧产物在燃烧室内完全转化成气态状，所需燃烧室合理的长度L由式（1）确定：

WANG Hai-bo, SUN Jing-chuan, XU Xi-ming, WANG Yuan, GUO Yong-fei, YANG Hai-song, SHI Jian-gang

 

式中：Γ—0.6673；A1—环缝口最小截面直径；R—摩尔气体常数；T0—燃烧室温度；τ—焰流在燃烧室内停留的时间，一般为（3～5）ms[6]。设计完成后燃烧室的三维模型图，如图2所示。

  

图2 燃烧室三维模型Fig.2 Firebox of 3D Model

3.2 环缝喷嘴设计

5.3.2 药剂防治 可选用40%绿菜宝乳油1000-1500倍液，或2.5%功夫菊脂乳油3000倍液，或1.8%爱福丁乳油2000倍液或50%蝇蛆净可湿性粉剂2000倍液喷雾防治。也可用50%灭蝇胺可湿性粉剂7.5-11.25g/667m2，兑水10-25kg喷雾防治。

 

基于现场试验条件，设定煤油和氧气完全燃烧，其质量流量分别为煤油22L/h，氧气42m3/h；模拟时采用Ni60合金粉末，其质量流量分别为 55g/min、65g/min、75g/min、85g/min 及 95g/min；设定计算域的边界条件及边界类型，采用压力基隐式求解器作为计算格式，考虑到粘度对流场的影响，选用标准的双方程模型作为湍流模型，求解模型采用基本的SIMPLE算法，离散精度均采用标准精度。最后进行模拟计算，提取流场速度云图和各质量流量粉末出口的粒子加速曲线图，分别如下模拟结果，如图7所示。

环缝喷嘴段的主要功能是对焰流均等份分流、加速和导流聚焦等，因此，在整个喷枪结构设计中最为关键，如图3所示。其中，环缝口采用互成120°的腰型圆环，每一个缝口均可看作一个渐缩段不对称的Laval喷管，缝口的压力为P，其临界截面积0可由式（2）计算得出：

就在这时，响起尖锐的警笛声，一辆本田、一辆沙漠风暴、两辆卡车，从北大坎市区飞驰而来，警灯闪烁，灰尘飞扬。站在卡车上的防暴警察们，头戴钢盔，手持警棍，戳得满满登登。何良诸拽车门把手，门锁着。车队飞也似的逼近，停下，轿车内钻出一位官员，大概是北大坎市政府领导，沙漠风暴里跨出两位警官，防暴警察们噼哩扑腾跳下卡车。首长和两位警官向火车头走去。

对新型喷枪内焰流流场用ANSYS Workbench软件进行模拟分析，是基于计算流体动力学（CFD）理论，其基本思想是把原来在时间域与空间域上连续的物理场，如速度场和压力场等，用一系列有限个离散点上的变量值的集合来替代，通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组，然后求解代数方程组获得场变量的近似值[8]。CFD可以看做是对遵循物理守恒定律的流体在流体基本方程控制下进行的数值模拟，其流体基本控制方程如下：

  

图3 环缝喷嘴三维模型Fig.3 Annular Gap Nozzle of 3D Model

3.3 导流环设计

焰流经喷嘴的环缝口高速喷射出时，由于一部分焰流速度过大，难以满足附壁流动的要求，所以，必须对其进行导流。导流环的2个主要作用：（1）引导从缝口射出的焰流沿着导流段流动；（2）封闭冷却水。所以，为很好的满足上述要求，导流环的引流部位设计要与导流段起始部位吻合，也采用五次曲线方程设计，并在第一个驻点处采用圆弧过度到封闭冷却水段。为满足视觉观感，封闭段借鉴于凹面镜原理，设计成平滑的凹面。其结构示意图，如图 4（a）所示。三维模型图，如图 4（b）所示。

便于模拟分析，对新型喷枪结构进行简化。利用Solidworks软件建立其三维简化模型，如图6（a）所示。并导入ANSAS Workbench FLUENT模块中进行网格划分，其有限元模型，如图6（b）所示。节点数（nodes）为 50667，单元数（element）为 244078。

  

图4 导流环结构示意图和三维模型Fig.4 Guiding Ring of Schematic and 3D Model

3.4 其他部位设计

其他部位包括稳压器、焰流分流前段、进/出水口以及送粉孔等，考虑到郑州立佳热喷涂机械有限公司已对本款喷枪申请了发明专利，本次设计不方便给出其他部位的设计参数。设计出的新型喷枪结构，如图5所示。

  

图5 新型喷枪结构Fig.5 Structure of New Spray Gun

4 新型喷枪流场模拟分析

4.1 喷枪流场模拟分析理论基础

环缝喷嘴的导流段轮廓线采用五次曲线[7]，并且，为保证环缝喷嘴不被高温焰流烧蚀，必须对其内部进行强制冷却。根据拟定的设计结构，冷却水的两个进口和一个出口均设计在环缝口之间的肋筋上。

 

动量守恒方程：

 

能量守恒方程：

 

式中—哈密顿微分算子。

4.2 模拟过程及结果分析

子宫肌瘤属于妇科中病发率较高的肿瘤之一，其属于良性肿瘤范畴，在育龄女性中发病率高达40%[1]。糖尿病作为代谢紊乱性疾病，具有病程时间长，不易治愈，并发症较多等特征。子宫肌瘤合并糖尿病患者在实施手术治疗时均存在血糖波动现象，且手术刺激及麻醉刺激均与血糖波动具有重要关联，若贸然予以手术治疗，风险性较大。在患者接受治疗期间对其血糖水平进行有效控制，对提升非患者后续手术耐受性，保障手术顺利进行，促进其机体及早康复具有重要意义[2]。该研究中2017年3月—2018年3月主要探讨控制血糖护理在子宫肌瘤合并糖尿病患者95例中的应用价值，现将报道如下。

  

图6 数值模拟三维模型Fig.6 Numerical Simulation of 3D Model

式中：φc—燃烧率；Rc—缝口入口截面气体常数；T—缝口入口截面气体温度；qm—燃烧室内质量流量；P0—燃烧室压力；kt—绝热指数。

  

图7 数值模拟结果Fig.7 The Result of the Numerical Simulation

由图7（a）可知，焰流在流经环缝口后被加速超过音速，且流过喷嘴导流段后向轴心线部位靠拢，随后保持至少1500m/s的速度包裹着喷涂粉末向前运动，结果表明设计的喷嘴段对焰流具有较好的导流聚焦效果且符合设计初衷。由图7（b）可知，粉末在出喷嘴口后先是被快速加速到一定速度，之后保持一定的速度几乎不变；而不同质量流量的粉末被加速到最大速度虽不尽相同，但均超过1100m/s，满足超音速喷涂原理。

5 喷涂试验

为了更好的验证所设计的新型HVOF枪的合理性，该文采用对比研究的方法，根据前文模拟设定的相关参数，在给定相同工艺参数的条件下，分别对设计并加工完成的新型HVOF枪和目前郑州立佳热喷涂机械有限公司已研发设计成熟的HV-80型喷枪进行现场喷涂试验。试验结果对比，如表1所示。其中新型喷涂枪试验及喷涂焰流，如图8所示。

 

表1 现场喷涂试验结果对比Tab.1 On-Site Spraying Test Results Contrast

  

喷枪类型 粉末型号 粒度（μm）结瘤程度（轻/重）HV型 Ni60 （15～45） 2.7 53.0 轻 重新枪 Ni60 （15～45） 3.3 52.6. - -HV型 WC-12Co（15～45） 2.5 65.3 轻 轻新枪 WC-12Co（15～45） 3.7 57.3 - -HV型 WC-12Co（45～65） 2.3 61.0 重 轻新枪 WC-12Co（45～65） 3.8 43.6 - -HV型 Ni60 （45～65） 2.5 54.0 重 重新枪 Ni60 （45～65） 3.2 53.6 - -HV型 Ni60 （65～105） 2.6 54.2 重 轻新枪 Ni60 （65～105） 3.5 53.1 - -孔隙率（%）硬度（HRC）磨损程度（轻/重）

  

图8 新型喷枪现场试验Fig.8 Field Experiments of New Spray Gun

由上表1分析可得，设计的新型喷枪所喷制的涂层孔隙率小于4%，涂层硬度高于43HRC；用Ni60合金粉末所喷制的涂层比用WC-12CO所喷制的涂层孔隙率低，尤其用粒度为（15～45）μm的Ni60粉末喷制的涂层孔隙率可达；由于所设计的新型喷枪无喷涂枪管，所以不存在枪管磨损和结瘤等问题。

6 结论

根据空气动力学原理，设计出来的新型环缝轴向送粉喷涂枪，在喷涂试验中是稳定可行的。经试验统计和流场分析结果有如下结论：

（1）设计的喷嘴有很好的导流性能，焰流经过导流面后有良好的聚焦效果。且采用不同质量流量的Ni60合金粉末模拟分析时，粉末粒子在距离喷嘴出口约35mm处被加速到至少1100m/s的相对稳定速度。

（2）在试验过程中观察到焰流中出现了至少4个清晰的马赫锥，证明焰流速度超过了当地音速，满足超音速火焰喷涂原理，符合设计初衷，并为后续的优化设计研究提供一定参考。

（3）用Ni60合金粉末进行喷涂试验，结果测得涂层的孔斜率低于3.5%，结合强度高约50HRC，说明喷制的涂层性能良好。

员工是企业发展的关键，企业发展的动力是广大员工，企业员工的管理工作十分重要。当然，在知识经济的大环境下，对员工管理所存在的各种问题，人们逐渐有了全新的认识。当前社会，很多企业都十分关心企业客户的满意度。随着整个市场竞争活动的不断加剧，越来越多的企业认识到完善的经营理念并非只有外部因素。因此，企业经营者不仅需要关注外部环境的要求，还需要关注客户与企业内部的员工管理活动，探索适合当前企业经营的新道路。

参考文献

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（Li Jun.The study on application and development of thermal spray technology［D］.Jilin：Jilin University，2015.）

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［3］沈翠虹，单彦广.喷枪结构对低温超音速火焰喷涂颗粒飞行特性的影响［J］.能源研究与信息，2013（2）：117-122.

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（Li Hai-rong.Simulation on gas-solid two-phase flow in high velocity air fuel spraying process［D］.Shanghai：East China University of Science，2014.）

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（Zhu Hong-jun.ANSYS 14.5 Thermo-Hydro-Mechanical Coupling Practical Guide［M］.Beijing：Posts&Telecom Press，2014.）