焊接電弧本質(zhì)上屬于一種熱等離子體，在焊接力場作用下，在電極與工件之間流動:而焊接熔池內(nèi)的液態(tài)金屬同樣在多種力的作用下發(fā)生著劇烈的流動。在某些假設(shè)條件下，二者均可視為一種導(dǎo)電的磁流體，在流體力學(xué)范疇內(nèi)求解。本章借助流體力學(xué)軟件Fluent，通過具體實(shí)例對焊接電弧及熔池液態(tài)金屬的溫度場及流動行為進(jìn)行模擬分析。

8.1 焊接電弧的流體力學(xué)模擬

8.1.1 電弧等離子體的特點(diǎn)與基本假設(shè)

前已述及，焊接電弧的形成和維持是由中性氣體原子不斷被激發(fā)、電離及陰極電子發(fā)射的結(jié)果，電弧空間充斥著運(yùn)動的中性氣體原子、正離子和電子。在焊接電弧的流體力學(xué)模擬中，為簡化計(jì)算，常做如下假設(shè)[65-69]。

1)焊接電弧等離子體處于局部熱平衡狀態(tài)，即電子和重離子的溫度相等2)焊接電弧氣體是大氣壓力下的氬氣。

3)焊接電弧是光學(xué)薄的。

4)黏性效應(yīng)導(dǎo)致的熱損失忽略不計(jì)。

5)不考慮電極鞘層的影響。

流體的流動狀態(tài)分層流與素流兩種。流體質(zhì)點(diǎn)做有條不紊的、有規(guī)則的運(yùn)動質(zhì)點(diǎn)之間在流動過程中不互相混摻，這種形態(tài)稱為層流:相反地，質(zhì)點(diǎn)做不規(guī)則運(yùn)動且互相混摻，軌跡無規(guī)律、十分混亂的形態(tài)稱為紊流。紊流的傳遞速率遠(yuǎn)大于層流。從層流到紊流的轉(zhuǎn)變與雷諾數(shù)息息相關(guān)。雷諾數(shù)的表達(dá)式為

在常規(guī) TIG 焊、MIG 焊焊接中選用氬氣作為保護(hù)氣體，溫度在 20000K時電弧等離子體的表征長度L≈0.01m，表征速度v≈200m/s，與此同時電弧等離子體的密度p~0.014kg/m，動力黏度系數(shù)-2x10kg/(m·s)。經(jīng)過計(jì)算得出，電弧等離子體的雷諾數(shù)約為1400，這一數(shù)值在一般情況下被認(rèn)為是層流，所以可以認(rèn)定常規(guī) TIG、MIG 電弧的流動狀態(tài)為層流。

（內(nèi)容、圖片來源：《焊接過程數(shù)值模擬》一書，侵刪）

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