高壓水射流噴嘴的設(shè)計(jì)及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、噴嘴作為水射流切割系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一,對(duì)水射流的動(dòng)力學(xué)性能和射流內(nèi)部流場(chǎng)的分布有著重要的影響。好的噴嘴結(jié)構(gòu)可以提高水切割的加工效率和加工精度。因此尋求更好的噴嘴結(jié)構(gòu)和優(yōu)化噴嘴的重要參數(shù)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。
　　本文首先從噴嘴的各主要參數(shù)著手,設(shè)計(jì)出五種不同流線的噴嘴流道,并建立了其各自的物理模型;然后分別對(duì)各噴嘴結(jié)構(gòu)進(jìn)行相同方式的離散化,建立固-液二相流的模型和適合多相流模擬分析的VOF分析方法;最后通過(guò)SIMPL

2、E計(jì)算方法,對(duì)噴嘴內(nèi)部射流的壓力和速度進(jìn)行耦合。通過(guò)以上方法進(jìn)行模擬分析后得出:噴嘴的過(guò)渡段長(zhǎng)度對(duì)噴嘴的動(dòng)力性能和噴嘴的內(nèi)部流場(chǎng)影響比較大,對(duì)射流具有穩(wěn)定作用,使得各噴嘴內(nèi)部的動(dòng)壓力值是呈尖帽狀分布。噴嘴的發(fā)散角對(duì)射流出口處的流場(chǎng)分布比較大,有發(fā)散角的噴嘴射流在出口處的分布相對(duì)無(wú)發(fā)散角的噴嘴要細(xì)致。過(guò)渡圓角對(duì)噴嘴的影響也較為明顯,有過(guò)渡圓角的噴嘴的射流的核心段長(zhǎng)度較無(wú)過(guò)渡圓角的射流的核心段長(zhǎng)度要長(zhǎng)。所以具有過(guò)渡段、發(fā)散角和過(guò)渡圓角的噴嘴

3、結(jié)構(gòu)的內(nèi)部的流場(chǎng)特性最佳。這種噴嘴在出口處的徑向速度較大,有利于射流和磨料的充分混合,所以很適合作為后混合式水射流切割機(jī)噴嘴。最后通過(guò)對(duì)噴嘴的主要參數(shù)之一的長(zhǎng)徑比做了詳細(xì)的模擬分析,在噴嘴的過(guò)渡段直徑不變的前提下,分別分析不同長(zhǎng)徑比下的噴嘴的各流場(chǎng)的分布情況。對(duì)比后得出在相同的情況下,噴嘴的長(zhǎng)徑比越大,噴嘴出口射流的集束性越好,動(dòng)壓力值和軸向速度越大,有利于切割加工。通過(guò)對(duì)噴嘴的其他主要影響因素噴嘴直徑、過(guò)渡段直徑、收縮角和發(fā)散角通過(guò)正