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主作者与研究机构及发表信息
本研究的主要作者包括Ge Zhenghui、Chen Wangwang和Zhu Yongwei*，其中通讯作者为Zhu Yongwei（ywzhu@yzu.edu.cn）。该研究由扬州大学机械工程学院完成，位于中国扬州。文章发表于《Chinese Journal of Mechanical Engineering》期刊，出版时间为2022年。
学术背景与研究目的
本文的研究领域为电化学加工（Electrochemical Machining, ECM），特别是针对航空发动机壳体零件表面的高凸结构加工。壳体零件是航空发动机的关键组件，通常采用难以切削的高温合金材料制造，如镍基合金。这些零件具有复杂的薄壁旋转结构，并在其外表面附有不同高度的凸起结构（从几百微米到几十毫米不等）。传统加工方法在处理此类零件时面临刀具磨损严重、加工成本高以及加工周期长等问题。因此，电化学加工因其无接触式加工方式和不受材料机械性能限制的特点，成为一种重要的加工方法。然而，在使用块状电极进行高凸结构加工时，随着凸起结构高度增加，加工间隙内的流场变得复杂，可能导致短路现象。为了解决这一问题，本研究提出了一种通过调节背压来改善流场特性的方法，旨在提高电化学加工的稳定性和加工质量。
研究流程与实验设计
本研究主要包括以下几个步骤：
1. 理论建模与仿真分析
研究首先建立了复杂的流体动力学（CFD）模型，用于模拟加工间隙内的流场特性。模型假设电解液为连续流动且不可压缩，并使用了重整化群（RNG）k-ε湍流模型来描述流场状态。模型中包含三个主要区域：入口（浅蓝色）、回水出口（橙红色）和出口（深灰色）。通过对三种不同的操作模式（抽吸模式、开放模式和背压模式）进行仿真分析，研究了不同背压值对流场的影响。
实验验证
在仿真结果的基础上，研究团队进行了实验验证。实验装置包括工具运动控制系统、电解液循环系统、电源系统和电流方向系统。实验中使用的阴极夹具由纤维增强塑料制成，工件夹具则由不锈钢制成。实验条件包括镍基高温合金作为工件材料、不锈钢作为阴极材料、30V施加电压、1MPa电解液入口压力、0MPa出口压力以及0.5MPa的优化背压值。实验过程中，研究团队记录了不同背压值下的加工效果，并对比了开放模式和背压模式下的加工结果。
数据处理与分析
数据分析部分主要基于CFD仿真结果和实验数据。研究团队绘制了不同背压值下加工间隙内电解液速度分布曲线，并提取了关键参数以评估流场均匀性和稳定性。此外，还通过电流信号变化监测了加工过程中的短路情况。
主要结果
1. 仿真结果
仿真结果显示，背压模式显著改善了凸起结构周围的流场均匀性，特别是在凸起边缘区域。与抽吸模式和开放模式相比，背压模式消除了潜在的危险区域（如低速区），从而降低了短路风险。此外，随着背压值的增加，流场状态进一步改善，但过高的背压可能导致顶部区域的杂散腐蚀加剧。最终，研究团队根据仿真结果确定了0.5MPa为最佳背压值。
结论与意义
本研究表明，背压方法能够显著改善高凸结构电化学加工的流场均匀性和稳定性，从而提高加工效率和质量。具体而言，背压模式不仅消除了加工间隙内的低速区，还避免了短路现象的发生。此外，优化后的背压值（0.5MPa）实现了流场的均匀分布，使得加工高度大幅提升。该方法在航空航天领域具有重要应用价值，尤其适用于复杂壳体零件的高效加工。
研究亮点
1. 提出了一种新颖的背压方法，用于改善电化学加工中的流场特性。
2. 首次通过CFD仿真和实验验证相结合的方式，系统研究了背压对流场的影响。
3. 确定了0.5MPa为最佳背压值，为实际应用提供了明确的指导。
其他有价值内容
研究团队还强调了流场均匀性在电化学加工中的重要性，并指出未来研究可进一步探索不同形状凸起结构的加工策略。此外，该研究为块状电极方法在高凸结构加工中的应用提供了新的思路，有助于推动电化学加工技术的发展。