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,對水射流的動(dòng)力學(xué)性能和射流內(nèi)部流場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SIMPL

2、E計(jì)算方法,對噴嘴內(nèi)部射流的壓力和速度進(jìn)行耦合。通過以上方法進(jìn)行模擬分析后得出:噴嘴的過渡段長度對噴嘴的動(dòng)力性能和噴嘴的內(nèi)部流場影響比較大,對射流具有穩(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)散角對射流出口處的流場分布比較大,有發(fā)散角的噴嘴射流在出口處的分布相對無發(fā)散角的噴嘴要細(xì)致。過渡圓角對噴嘴的影響也較為明顯,有過渡圓角的噴嘴的射流的核心段長度較無過渡圓角的射流的核心段長度要長。所以具有過渡段、發(fā)散角和過渡圓角的噴嘴

3、結(jié)構(gòu)的內(nèi)部的流場特性最佳。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。最后通過對噴嘴的主要參數(shù)之一的長徑比做了詳細(xì)的模擬分析,在噴嘴的過渡段直徑不變的前提下,分別分析不同長徑比下的噴嘴的各流場的分布情況。對比后得出在相同的情況下,噴嘴的長徑比越大,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。通過對噴嘴的其他主要影響因素噴嘴直徑、過渡段直徑、收縮角和發(fā)散角通過正