1.一种类人工关节件湍流加工过程中磨粒流的升温方法,其特征在于:包括如下步骤:
1)建立仿形流道;在类人工关节件外套装玻璃约束构件,玻璃约束构件的内表面与类人工关节件的曲面表面形成厚度均匀的仿形流道,玻璃约束构件由壁厚相同的玻璃材料制成,玻璃约束构件的两端分别设有仿形流道入口和仿形流道出口,类人工关节件的被加工曲面成为仿形流道壁面的一部分,由仿形流道入口向仿形流道内通入磨粒流,使磨粒流以湍流状态进入仿形流道中,通过磨粒流中磨粒的无序运动来实现类人工关节件表面的加工;
2)建立磨粒流的仿真模型;对仿形流道内的磨粒流进行流体仿真,通过流体仿真软件仿真出常温下磨粒流加工过程中,磨粒流流场的温度分布情况;
3)基于磨粒流的湍动能以及湍动能的沿程损失和局部损失计算出仿形流道所需要的温度补偿曲线:
4)结合仿真模型得到磨粒流流道中的温度曲线;
5)计算所需要的加热温度曲线:计算方法为将温度补偿曲线中的补偿温度减去磨粒流流道中温度曲线的温度;
6)将仿形流道均分N段,N的范围为10~30;
7)在仿形流道的侧面安装支撑架,仿形流道均分的每一段上均设置一个电磁波加热源,并将这些电磁波加热源固定在支撑架上,且所有电磁波加热源均正对仿形流道;
8)根据步骤5)中的加热温度曲线调节每个电磁波加热源所对应的工作效率。
2.根据权利要求1所述的一种类人工关节件湍流加工过程中磨粒流的升温方法,其特征在于:温度补偿函数的计算方法如下:a)确定仿形流道内的磨粒流湍动能计算公式:
仿形流道内磨粒流的湍动能h与湍流强度I的关系式,其计算公式为:式中,u为磨粒流的平均速度,I为磨粒流的湍流强度,其中磨粒流的湍流强度I的计算公式为:式中,Re为磨粒流的雷诺系数,Re的计算公式为:
式中,ρ为磨粒流的密度,d为水力直径,μ为磨粒流的粘度,μ的计算公式为如下:式中,t为磨粒流的温度;
将雷诺系数Re的计算公式和粘度μ的计算公式代入湍流强度I的计算公式中,得到湍流强度I的公式计算如下:将湍流强度I的公式代入湍动能h的公式中,得到湍动能的计算公式如下:b)确定沿程损失:湍动能的沿程损失为需要克服摩擦阻力而损耗的湍动能,此摩擦阻力主要是流体与管壁及流体本身的内部摩擦组成;沿程损失与长度、粗糙度及流速的平方成正比,而与管径成反比,采用达西一维斯巴赫公式计算,因此磨粒流湍流动能的沿程损失h1的计算公式为:式中,R—非圆管的水力半径;λ为阻力系数,λ的计算公式为:c)确定局部损失:湍动能的局部损失为磨粒流湍流在弯头处进行方向变化而损耗的湍动能hs,hs的计算公式为:式中,ξ为局部阻力系数,θ为弯管过渡角,d为弯管水力直径,k为弯管中线曲率半径,θ的计算公式为:d)确定温度补偿函数:
设常温为t0时,湍动能计算公式h0为:
设补偿温度后磨粒流温度为tn,此时的湍动能hn为:
则湍动能的差值为△h=hn-h0,为了保证加工的均匀性,令△h=0,根据此等式建立温度与加工路径的关系式如下:设常温为24℃,由此转换得到根据加工路径变化后的温度变化,即温度补偿函数T,其计算公式为:
3.根据权利要求1所述的一种类人工关节件湍流加工过程中磨粒流的升温方法,其特征在于:步骤3)中温度补偿曲线Tc的公式如下:Tc=29.9998+1.25×10-5l。
4.根据权利要求1所述的一种类人工关节件湍流加工过程中磨粒流的升温方法,其特征在于:步骤4)中加热温度曲线的公式如下:
5.根据权利要求1所述的一种类人工关节件湍流加工过程中磨粒流的升温方法,其特征在于:步骤6)中N的最佳数量为20。
6.根据权利要求1所述的一种类人工关节件湍流加工过程中磨粒流的升温方法,其特征在于:通过电磁波加热源的电磁波波长来控制电磁波加热源的补偿温度,电磁波加热源的强度由加热温度曲线确定,根据人工关节的尺寸、种类和加工条件,计算出不同的湍动能的加热温度曲线,并根据加热温度曲线对每个电磁波加热源进行控制,该过程通过计算机来执行,实现湍动能的补偿。
7.根据权利要求1所述的一种类人工关节件湍流加工过程中磨粒流的升温方法,其特征在于:仿形流道的侧面还设有温度检测装置,所述温度检测装置正对玻璃约束构件并用于检测仿形流道内温度分布情况,所述温度检测装置与电磁波控制器电连接。