一种水基磨粒两相流湍流调控改善系统及方法

本发明涉及湍流调控，具体而言，涉及一种水基磨粒两相流湍流调控改善系统及方法。

背景技术：

1、固液两相流抛光技术通过液体携带磨粒在金属内流道中形成湍流，利用磨粒对内表面的撞击和摩擦实现高效抛光。该方法主要依赖碳化硅等坚硬磨粒与水基抛光介质的组合，流体在通道内产生湍流，带动磨粒均匀分布并对复杂几何表面进行全面打磨。这种抛光方式能够克服传统机械抛光在内流道和复杂几何结构中的局限性，尤其适用于航空航天、汽车制造和医疗器械等领域中对高精度内表面处理的需求。

2、现有技术在金属流道抛光中，流体参数控制不精准，导致抛光效率低、磨粒浪费严重。此外，缺乏实时监测和动态调整流速的能力，无法有效应对不同抛光需求，影响抛光效果和质量，限制了抛光过程的灵活性和安全性。

3、因此，有必要提供一种水基磨粒两相流湍流调控改善系统及方法用以解决现有技术中金属流道抛光过程中流体参数控制不精准，导致抛光效率低下、磨粒浪费严重，且缺乏实时监测和动态调整流速的能力，影响了抛光效果和安全性。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提出了一种水基磨粒两相流湍流调控改善系统及方法，旨在解决现有技术中金属流道抛光过程中流体参数控制不精准，导致抛光效率低下、磨粒浪费严重，且缺乏实时监测和动态调整流速的能力，影响了抛光效果和安全性的问题。

2、一方面，本发明提出了一种水基磨粒两相流湍流调控改善系统，包括：

3、混合装置，被配置为将碳化硅磨粒与水基液体混合为流体，控制输出流体的流速；

4、传感器组件，包括流速传感器、在线密度计和温度传感器，所述传感器组件设置在金属流道上；

5、控制模块，与混合装置及传感器组件连接，所述控制模块用于采集传感器组件的实时信息，并根据所述实时信息对混合装置输出流体的流速进行控制，所述控制模块包括采集单元、处理单元、调整单元和判断单元；

6、所述采集单元被配置为采集金属流道信息，根据所述金属流道信息确定所述混合装置的输出流体初始流速；所述采集单元还被配置为采集抛光所述金属流道时所述流速传感器的流速值、金属流道内碳化硅磨粒浓度和金属流道温度；

7、所述处理单元被配置为计算所述流速值与所述初始流速的差值，根据所述差值计算差值与历史数据的相似度，根据相似度对所述初始流速进行调整；当所述处理单元判定所述历史数据中不存在与所述差值的相似度大于相似度阈值的数据时，所述处理单元以相似度最大值对应的历史差值所对应的历史流速作为第一流速并控制所述混合装置以所述第一流速输出流体；

8、所述调整单元被配置为采集第一流速下流体中碳化硅磨粒浓度，根据所述碳化硅磨粒浓度与金属流道直径计算磨粒冲击能量，根据所述磨粒冲击能量对所述第一流速进行调整，得到第二流速；

9、所述判断单元被配置为基于所述温度传感器采集第二流速下金属流道的温度数据，根据所述温度数据判断是否对所述第二流速进行调整，获得最终流速。

10、进一步的，所述采集单元被配置为采集金属流道信息，根据所述金属流道信息确定所述混合装置的输出流体初始流速时，包括：

11、通过下式计算所述混合装置的输出流体初始流速：

12、v0＝c×d/(l×h)；

13、上式中，v0表示输出流体初始流速，c表示摩擦损失校正系数，c的取值为0.8-1.2，d表示金属流道的直径，l表示金属流道的长度，h表示金属流道的硬度值。

14、进一步的，所述处理单元被配置计算所述流速值与所述初始流速的差值，根据所述差值计算差值与历史数据的相似度时，包括：

15、通过下式计算差值与历史数据的相似度：

16、s im(δv,δvh)＝1/(1+∣δv-δvh∣)；

17、上式中，s im(δv,δvh)表示当前差值与历史数据的相似度，δv表示当前流速差值，δvh表示历史流速差值，∣δv-δvh∣表示当前流速差值与历史流速差值的绝对差值。

18、进一步的，所述处理单元根据相似度对所述初始流速进行调整时，包括：

19、当所述历史数据中存在与所述差值的相似度大于相似度阈值的数据时，选取相似度最大值对应的历史流速作为所述第二流速，并控制所述混合装置以所述第二流速输出流体；

20、当所述历史数据与所述差值的相似度均小于或等于相似度阈值时，所述处理单元以相似度最大值对应的历史流速作为第一流速，并控制所述混合装置以所述第一流速输出流体。

21、进一步的，所述调整单元被配置为采集第一流速下流体中碳化硅磨粒浓度，根据所述碳化硅磨粒浓度与金属流道直径计算磨粒冲击能量时，包括：

22、e＝1/2(cρπ(d/2)2·l)·(v0/d)2；

23、上式中，e表示磨粒冲击能量，c表示第一流速下流体中碳化硅磨粒浓度，ρ表示流体密度，d表示金属流道的直径，l表示金属流道的长度，v0表示输出流体初始流速。

24、进一步的，所述调整单元根据所述磨粒冲击能量对所述第一流速进行调整时，包括：

25、所述调整单元将所述磨粒冲击能量分别与预先设定的第一预设磨粒冲击能量和第二预设磨粒冲击能量进行比对，根据比对结果确定调整系数对所述第一流速进行调整，所述第一预设磨粒冲击能量小于第二预设磨粒冲击能量。

26、进一步的，所述根据比对结果确定调整系数对所述第一流速进行调整时，包括：

27、当所述磨粒冲击能量小于或等于第一预设磨粒冲击能量时，所述调整单元确定第一调整系数对所述第一流速进行调整获得所述第二流速；

28、当所述磨粒冲击能量大于第一预设磨粒冲击能量且小于或等于第二预设磨粒冲击能量时，所述调整单元确定第二调整系数对所述第一流速进行调整获得所述第二流速；

29、当所述磨粒冲击能量大于第二预设磨粒冲击能量时，所述调整单元确定第三调整系数对所述第一流速进行调整获得所述第二流速；

30、所述第一调整系数大于第二调整系数，所述第二调整系数大于第三调整系数。

31、进一步的，所述判断单元被配置为基于所述温度传感器采集第二流速下金属流道的温度数据，根据所述温度数据判断是否对所述第二流速进行调整时，包括：

32、所述判断单元将所述温度数据与温度阈值进行比对，根据比对结果判断是否对所述第二流速进行调整；

33、当所述温度数据大于所述温度阈值时，所述判断单元判定对所述第二流速进行调整，获得所述最终流速；

34、当所述温度数据小于或等于所述温度阈值时，所述判断单元判定不对所述第二流速进行调整并将所述第二流速作为所述最终流速。

35、进一步的，所述判断单元判定对所述第二流速进行调整时，包括：

36、所述判断单元根据所述温度数据和温度阈值获得温度差值，所述温度差值为所述温度数据与温度阈值的差值，所述判断单元根据所述温度差值确定流速调整系数对所述第二流速进行调整获得所述最终流速；所述流速调整系数与所述温度差值成反比关系，所述流速调整系数取值为0-1。

37、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过精确控制碳化硅磨粒与水基液体的混合，显著提升了金属流道抛光的效率。集成的传感器组件实时监测流速、密度和温度，确保在各种工况下流体参数的最佳状态；控制模块通过实时数据处理，能够快速调整输出流体的流速，以应对不同的抛光需求，从而实现更均匀且高效的磨削效果，特别是通过计算磨粒冲击能量并动态调整流速，该系统可以在不同金属流道直径和磨粒浓度条件下，优化磨削过程，这种灵活性不仅提高了抛光质量，还减少了磨粒浪费，降低了生产成本；此外，温度传感器的应用能够监测流道温度变化，进一步确保设备安全，避免因过热导致的损坏或性能下降，综上，本发明具备高效性、经济性和安全性。

38、另一方面，本技术还提供了一种水基磨粒两相流湍流调控改善方法，包括：

39、将碳化硅磨粒与水基液体混合为流体，控制输出流体的流速；

40、在金属流道上设置传感器组件，所述传感器组件包括流速传感器、在线密度计和温度传感器；

41、采集金属流道信息，根据所述金属流道信息确定所述混合装置的输出流体初始流速；采集抛光所述金属流道时所述流速传感器的流速值、金属流道内碳化硅磨粒浓度和金属流道温度；

42、计算所述流速值与所述初始流速的差值，根据所述差值计算差值与历史数据的相似度，根据相似度对所述初始流速进行调整；当判定所述历史数据中不存在与所述差值的相似度大于相似度阈值的数据时，以相似度最大值对应的历史差值所对应的历史流速作为第一流速并以所述第一流速输出流体；

43、采集第一流速下流体中碳化硅磨粒浓度，根据所述碳化硅磨粒浓度与金属流道直径计算磨粒冲击能量，根据所述磨粒冲击能量对所述第一流速进行调整，得到第二流速；

44、基于所述温度传感器采集第二流速下金属流道的温度数据，根据所述温度数据判断是否对所述第二流速进行调整，获得最终流速。

45、可以理解的是，本技术提供的一种水基磨粒两相流湍流调控改善系统及方法具有相同的有益效果，在此不再赘述。