微磨料水射流噴嘴優(yōu)化研究.pdf

1、噴嘴是微磨料水射流的關(guān)鍵部件。本文利用計算流體力學(xué)仿真軟件FLUENT對噴嘴結(jié)構(gòu)進(jìn)行多相流的數(shù)值模擬，探究其幾何參數(shù)對其內(nèi)部流場的影響，優(yōu)化出切割性能較好的噴嘴結(jié)構(gòu)。
　　 論文對五種寶石噴嘴進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)、湍流、氣液兩相的內(nèi)外流場的數(shù)值模擬，以噴嘴設(shè)計準(zhǔn)則為評判標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)指數(shù)型寶石噴嘴性能最優(yōu)，其次是錐直型。圓弧型和錐形的切割性能一樣，而平頂型寶石噴嘴綜合指標(biāo)最差。
　　 論文對混合腔和聚焦管內(nèi)部進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)、湍流、兩相流的

2、數(shù)值模擬，通過分析發(fā)現(xiàn)收斂角α對磨料出口速度影響不大，但越小，越有利于流動，且避免了磨料在聚焦管入口處聚集而導(dǎo)致聚焦管磨損和堵塞；當(dāng)聚焦管直柱段長度為聚焦管出口直徑的30倍左右時，磨料出口速度最大；聚焦管出口直徑越小，磨料出口速度越大，但聚焦管出口直徑越小，混合腔內(nèi)部形成的負(fù)壓越小，不利于磨料的吸入。綜合分析，聚焦管出口直徑應(yīng)以水噴嘴直徑3倍左右為宜。
　　 論文對噴嘴結(jié)構(gòu)的外流場進(jìn)行自由射流模擬，發(fā)現(xiàn)非淹沒微磨料水射流存在基本

3、段和主體段，且射流在基本段存在等速核。
　　 對噴嘴結(jié)構(gòu)的外流場進(jìn)行沖擊射流模擬，分析發(fā)現(xiàn)不僅存在基本段和主體段，還存在壁面流動區(qū)。同時，在靶距不同時射流沿軸向速度分布存在相似性。在靶距小于自由射流等速核長度時，射流沿軸向的速度一直保持出口速度，直至到達(dá)壁面時才開始急劇下降，直至為零。當(dāng)靶距大于自由射流等速核長度時，射流沿軸向速度保持出口速度，但在到達(dá)壁面之前已經(jīng)開始緩慢下降，直至為零，同時發(fā)現(xiàn)靶距越小，滯止點處壓力越大。因此，