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摘要
目的 研究激光粉末床熔融（LPBF）中成形腔内保护气的流动规律，获得气流速度脉动和旋涡等流场非稳态特征及其变化规律。方法 利用热线测速计测量腔内的瞬时速度，研究保护气的速度分布及其脉动特性；基于数值模拟方法探究腔内气流形成的旋涡情况，分析涡的分布及其旋转速度；利用烟雾示踪方法对保护气流场进行可视化处理，分析气流的运动过程。结果 腔内气流经历了射流扩散、上下波动、大涡流、汇流等复杂运动过程，气流速度随时间的变化呈明显脉动特征，且气流脉动幅度受位置影响较大，进出风口的平面流速最大可达2.4 m/s，最小为0.25 m/s。同时，气速随平面高度的增大而逐渐减小；腔内存在以纵向大尺度旋涡为主、若干小尺度旋涡共同作用的涡流，由腔内边壁至中心，涡流切向速度呈先上升后下降的趋势，且随入口气速的增大而增大，在切向速度急剧降低的腔体角落、透镜等区域，易形成流动“死区”，导致烟尘颗粒聚集且难以排出，影响构件的高质量成形制造。结论 保护气在LPBF成形腔内形成了复杂的非稳态流动，并以剧烈的速度脉动和多尺度的涡流为典型特征，而针对非恒定的层流、成形腔结构的优化设计仍需进行更深入的研究。
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