基于铀的激光氮化机理研究和数值模拟

赵辉¹，许京荆¹，刘柯钊²，张永彬²，马玉屏¹

1. 上海大学机电工程与自动化学院2. 中国工程物理研究院表面物理与化学国家重点实验室

摘 要：针对工件铀的表面激光氮化工艺,考虑铀的固-液相变过程中各物理参数随温度的变化,结合计算流体软件FLUENT中流体体积函数（VOF）模型计算气-液相界面处的降膜解吸传质过程。进行了铀的瞬态激光氮化传热传质耦合数值仿真,仿真分析研究了不同工艺参数下瞬态温度场和流场的分布,同时获得渗氮量在铀表面和深度上的分布。分析结果表明,因激光局部加热引起的表面张力梯度导致的Marangoni对流对铀表面氮化过程中的传热和传质有很大的影响。其中渗氮量在不同工艺参数下的数值结果与试验结果相吻合,验证了数值模型的可行性,为激光氮化的理论分析和工艺指导提供了理论和方法。

关键词：Marangoni对流;激光氮化;数值模拟;降膜解吸;VOF;