淹沒條件下磨料射流數(shù)值仿真分析及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、利用FLUENT軟件，對淹沒磨料射流進(jìn)行了多相流的數(shù)值模擬，計(jì)算了不同結(jié)構(gòu)形式的噴嘴內(nèi)外流場特性。探討了在淹沒條件下前后混合磨料射流的沖擊角度、流量、壓力、靶距、混砂管長度、混沙管直徑、磨料濃度、圍壓變化對噴嘴內(nèi)外流場的影響規(guī)律，對磨料粒子的運(yùn)行軌跡進(jìn)行了預(yù)測，同時(shí)對可視化的流場分布及計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分析。
　　對于前混合磨料射流，分別數(shù)值模擬了026、450、600錐直型噴嘴內(nèi)外流場及磨粒運(yùn)動特性，并對淹沒條件下影響射流打擊力的因

2、素--靶距、沖擊角度和圍壓進(jìn)行了仿真分析。分析結(jié)果表明：淹沒磨料射流存在一射流核，約為(3?5) D，但隨后射流衰減較快。圓柱、圓錐、錐直型三種典型噴嘴以錐直型噴嘴效果最好，且以026錐直型噴嘴效果更優(yōu)。射流打擊力、切縫寬度隨靶距的增大而減小，隨泵壓的增大而增大。壓力峰值隨著沖擊角度的增大而增大，在900（即垂直打擊）時(shí)最大，但考慮射流反射的影響，最優(yōu)工況在800左右。在其它條件不變時(shí),射流等速核的長度、軸心動壓、軸向速度衰減規(guī)律不隨圍

3、壓的變化而變化。
　　對于后混合磨料射流，研究了混砂管長度等對射流性能的影響，并對磨粒粒子在后混合式噴嘴中的混合加速過程進(jìn)行了模擬。同時(shí)為更加直觀反映后混合噴嘴內(nèi)流場分布及混砂特性，數(shù)值模擬了三維流場及混砂流線軌跡，得出了噴嘴內(nèi)速度及壓力分布，為進(jìn)一步的可視化三維仿真分析打下了基礎(chǔ)。同時(shí)為提高淹沒射流的有效靶距，提高射流水下的切割能力，提出了通過加保護(hù)氣的形式來改善射流的發(fā)散度和密集度，并對其進(jìn)行了數(shù)值仿真研究。結(jié)果表明：隨混砂管

4、的增長，磨粒的速度明顯增大，管長為20mm時(shí)得到的速度約540m/s。適當(dāng)?shù)耐ㄈ氡Ｗo(hù)氣體可以有效改善射流的性能，提高淹沒射流的有效靶距，射流束及磨粒速度均得到了一定程度的提高。當(dāng)氣量供應(yīng)增大到一定值后，改善效果減弱。
　　在后混合磨料射流實(shí)驗(yàn)平臺上，進(jìn)行了淹沒磨料射流相關(guān)實(shí)驗(yàn)。對純水及磨料射流在較低壓力下的射流軸心動壓進(jìn)行了測量，同時(shí)進(jìn)行了磨料射流切割混凝土實(shí)驗(yàn)。研究了系統(tǒng)壓力、靶距和混砂管長度對后混合磨料射流切割深度的影響，以驗(yàn)