前混合磨料射流磨料粒子加速過程的數(shù)值模擬.pdf

1、前混合磨料水射流相比后混合磨料水射流因其有利于水介質(zhì)對磨料的能量傳輸，因此擁有更高的切割、破碎效率。磨料粒子的加速效率是決定磨料射流破碎靶體效果的因素，但是測試實(shí)驗(yàn)要在尺寸很小的噴嘴內(nèi)研究水與磨料之間混合時(shí)的相互作用是極其困難的，因此通過數(shù)值模擬研究前混合磨料水射流中磨料加速過程，對提高水介質(zhì)對磨料的加速效率，優(yōu)化噴嘴結(jié)構(gòu)等方面具有重要意義。
　　本文首先基于SPH-FEM耦合算法建立前混合磨料水射流數(shù)值模擬仿真方法，然后通過IC

2、T掃描實(shí)驗(yàn)與3DPIV實(shí)驗(yàn)，對比分析了沖孔形態(tài)及噴嘴出口處磨料粒子速度，驗(yàn)證了模擬仿真方法的可行性，最后利用所建立的模擬方法對前混合磨料水射流中磨料粒子的加速過程進(jìn)行了模擬仿真。主要研究成果如下：
　?、俳⒘嘶赟PH-FEM耦合算法的前混合磨料水射流數(shù)值模擬方法：水采用SPH建模，磨料、噴嘴、柱塞、靶體采用FEM建模；柱塞以一定運(yùn)動速度作用于水，使水以一定的流量向前運(yùn)動，流動的水帶動事先隨機(jī)分布于水中的磨料，通過收縮噴嘴形成高

3、速磨料水射流。該模型既可以用于研究前混合磨料水射流中磨料粒子的加速過程，又可以用于研究前混合磨料水射流對靶體的作用特性。
　?、谕ㄟ^ICT掃描實(shí)驗(yàn)與3DPIV實(shí)驗(yàn)，對比分析了沖孔形態(tài)及噴嘴出口處磨料粒子速度：磨料水射流沖孔截面呈“V”形，仿真結(jié)果與 ICT掃描結(jié)果吻合較好；相同工況下，仿真速度為116.55m/s，實(shí)驗(yàn)測得的速度為112.41m/s，仿真與實(shí)驗(yàn)的誤差為3.7％，驗(yàn)證了前混合磨料水射流模擬方法的正確性。
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4、利用建立的模型模擬分析了前混合磨料水射流中磨料粒子的加速過程、運(yùn)動軌跡以及噴嘴結(jié)構(gòu)對磨料粒子加速的影響：磨料粒子進(jìn)入噴嘴收斂段之前已基本達(dá)到與水相同的運(yùn)動速度，進(jìn)入噴嘴收斂段之后，磨料粒子得到加速，但與水的速度差逐漸拉大，進(jìn)入直線段后，水速度趨于穩(wěn)定而磨料粒子將一直加速，在離開噴嘴的短距離范圍內(nèi)，水速度很快穩(wěn)定，磨料粒子在噴嘴外核心段射流的作用下繼續(xù)加速，并最終也趨于穩(wěn)定；磨料粒子在收斂段運(yùn)動比較劇烈，進(jìn)入直線段后，運(yùn)動較收斂段平緩；磨