水射流激光劃片技術中的噴嘴優(yōu)化設計.pdf

1、密級桂林電子科技大學碩士學位論文（全日制專業(yè)學位碩士）（全日制專業(yè)學位碩士）題目水射流激光劃片技術中的噴嘴優(yōu)化設計水射流激光劃片技術中的噴嘴優(yōu)化設計（英文）（英文）OptimalDesignofNozzleBasedonHybridWaterjetLaserScribingTechnology研究生學號:1301302026研究生姓名:馮唐高指導教師姓名、職務指導教師姓名、職務:龍芋宏教授申請學位門類:工程碩士學科、?？啤I(yè)名稱:機械

2、工程提交論文日期:2016年4月論文答辯日期:2016年6月摘要I摘要噴嘴是水射流激光劃片技術當中的成形射流的終端執(zhí)行元件，它直接影響著水射流的流場特性和動力性能。本論文通過流體仿真軟件FLUENT對四種不同結構的噴嘴進行了內部單項流和外部的兩相流的數值模擬，探索其流場的特性對劃片工藝的影響。最后通過比較各種噴嘴的流場參數，從中挑選出最優(yōu)的噴嘴結構形狀。本論文主要設計了四種不同形狀的噴嘴，它們分別是平直型噴嘴、錐型噴嘴、錐圓柱型噴嘴、圓

3、錐型噴嘴。噴嘴的參數確定只對其入口直徑、出口直徑、過度段長度、發(fā)散角的參數值做出了一定的設定。仿真結果得出：最優(yōu)的噴嘴結構是圓錐型噴嘴，其次是錐圓柱型噴嘴。從噴嘴的結構參數入手，借鑒前人的研究成果的基礎之上設計出四種噴嘴，對四種噴嘴進行各自的物理模型的建立，對它們的結構進行相同方式的離散化，建立了單項流模型，氣液多相流模型。在單相流的模型分析中得出有收斂角度的后三種噴嘴的速度和壓力更有利于聚集到噴嘴出口處，然而前一種（平直型噴嘴）速度和

4、壓力都容易發(fā)散能量損耗較大。在多相流模型的研究中采用的是含有體積力計算式的VOF模型配合標準的壁面函數??湍流模型，最后通過PISO算法對噴嘴的外流場進行模擬分析。對結果的云圖和的xyplot點線圖進行分析可以得出：就壓力值的變化而言，平直型噴嘴沿軸向的衰減相當大；錐圓柱噴嘴沿軸向壓力的衰減程度較前者小很多，錐型和圓錐型噴嘴壓力沿軸向衰減程度最小。錐型噴嘴沿軸向所能夠達到最大壓力值為2.09MPa，圓錐型噴嘴的沿軸向所能達到的最大壓力值

5、為2.17MPa。從速度云圖上得出平直型噴嘴的速度值同壓力值一樣衰減的很厲害，而其余的三者沿軸向分布的速度能夠保持一個穩(wěn)定的，最大的數值。最后本論文提取到射流與材料作用表面的速度值，通過這樣的研究得出噴嘴的最優(yōu)化結構，最終得出圓錐型噴嘴的流場特性對于水射流激光劃片工藝是最有利的?；谝陨蠂娮旖Y構不變的情況下，考慮到噴嘴的布局的不同對射流流場特性的改變影響著水射流激光劃片工藝。對此本論文研究了噴嘴水射流與激光束的夾角為30、45、60?（