镍基碳化钨复合涂层传热的MPFEM模拟

摘要

为了预测除磷辊表面镍基碳化钨（Ni-WC）涂层的传热性能，为涂层制备提供理论依据，本文从颗粒尺度出发，采用多粒子有限元法（MPFEM）模拟除磷辊服役过程中表面Ni-WC涂层的传热过程。涂层喷涂过程采用离散元法（DEM）动态建模，生成随机初始充填结构，再将随机堆积结构导入有限元模型（FEM）中，实现粉体颗粒的随机堆积，系统分析涂层中碳化钨（WC）颗粒粒径比对Ni-WC复合涂层温度演变规律的影响。模拟结果表明，采用WC颗粒非等径排列的方案可以有效降低传热效率，减小最大透热深度，其中粒径比为2∶1的最大透热深度为五组方案中最小。当传热时间分别为1、5、10 ms时，粒径比为2∶1的最大透热深度较等径排列分别减少6.67%、1.16%、3.16%。WC颗粒粒径比越大，Ni-WC复合涂层的平均温度越低；当粒径比大于2∶1后，涂层内部温度分布相较等径排列有显著变化；此外，8 ms时涂层内部温度分布较为稳定，其中8～100 ms的轴向与径向温度变化率较1～8 ms分别降低73.65%和98.

关键词

Ni-WC复合涂层 / 多粒子有限元法 / 颗粒尺度模拟 / 传热特性 / 透热深度