基于CFD的清洗用扇形喷嘴清洗参数研究

扇形喷嘴因其均匀的扁平射流能提供其较大的清洗面积而被广泛应用在工业清洗中。打击力和动压是衡量清洗效果的重要参数,合理的匹配喷嘴直径、压力、流量,能更有效、更节能地进行清洗作业。在建立了扇形喷嘴及其外流场的三维模型的基础上,运用FLUENT的VOF两相流模型对不同出口直径的扇形喷嘴在不同压力下的打击力、动压进行了比较分析。结果表明:喷嘴直径和压力的增大都会使打击力增大,但不是二者越大打击力的增大的幅度就越大;同一个扇形喷嘴,射流压力在1~21 MPa之间,打击力会随着压力的增大而增大,但增大的幅度会随之减小,如3 mm喷嘴射流压力从1 MPa提升到2 MPa射流打击力增加率为101%,但从20 MPa提升到21 MPa射流打击力增加率只有5%;相同的射流压力下,扇形喷嘴出口直径在1~3 mm之间,打击力会随着出口直径的增大而增大,但增大的幅度会随之减小,如射流压力为2.5 MPa喷嘴出口直径从1 mm提升到1.5 mm射流打击力增加率为118%,但从2.5mm提升到3 mm射流打击力增加率只有42%。     

锥形喷嘴水射流反推力的研究

认识并掌握水射流产生推进力的机理,是进行水射流切削系统和水射流推进系统设计的基础.本文对几种不同出口直径和锥角的锥形喷嘴水射流反推力进行了理论分析和仿真计算,研究了压力、流量和锥形喷嘴的结构参数对反推力及反推力系数的影响,从而确定锥形喷嘴的最佳结构参数.     

低温辅助加工射流参数对刀具磨损和表面完整性的影响

低温辅助切削已经展示了巨大加工优势,目前已经对其相关加工参数进行了分析。然而,冷却剂射流特性如压力和流量还没有得到充分的研究和优化。因此,文章主要研究这些参数对低温辅助切削加工钛合金Ti-6Al-4V过程中刀具磨损和表面完整性的影响。利用具有不同直径的喷嘴实现不同压力和流量的分类。提出一种新的喷嘴保持架,更换不同直径冷却液喷嘴时实现精确校准。测试实验用于验证液氮射流压力和流量对刀具寿命和表面完整性的影响。实验结果表明,冷却液流量和压力的增加会一定程度上延长刀具寿命;此外,在最大压力和最高流量下表面完整性也明显得到了改善。     

超宽狭缝式喷嘴流场数值模拟和射流速度凸度控制

为了开发具有高强度冷却能力且冷却介质流量分布合理的淬火系统超宽狭缝式喷嘴结构,采用有限元法对狭缝式喷嘴射流速度分布进行了数值模拟.结果表明,喷嘴进水方式对出口射流速度分布规律影响较大,通过比较端部进水方式及不同进水口数量的中部进水方式,得出中部进水方式且进水口数量大于4个时,射流速度均匀性最好.保证喷嘴其他结构参数及工艺参数不变,通过改变沿喷嘴长度方向阻尼装置均流孔直径的递减比例系数,来实现出口射流速度的凸度控制,效果明显.随着直径比例系数增大,比例凸度值成线性递增变化.射流速度比例凸度模型可以实现水量的精确凸度控制,为优化设计基于淬火工艺需求的流量分布合理的超宽狭缝喷嘴结构提供指导.     

H型钢气雾冷却换热特性的数值模拟

利用轧后余热对H型钢进行在线热处理,既能提高强度,又可以节约能源。但是由于H型钢结构复杂,导致其轧制后冷却不均匀,从而产生过大的残余热应力。喷嘴位置固定,采用Fluent软件数值仿真,研究了气雾冷却过程中700×350 H型钢不同部位的表面换热系数,得出,随着气压的增大,换热系数增大,但喷嘴流量和直径对换热效果的影响没有一定规律。在此基础上,又优化了气雾喷射参数,分析了几种工况下的温度场,最终得出,在水流量L1=0. 05 kg/s、L2=0. 1 kg/s、L3=0 kg/s,喷嘴气压为0. 3 MPa的条件下,700×350 H型钢的温度场最为均匀。     

基于CFD的阀芯颈部直径对液压锥阀性能的影响研究

采用计算流体动力学（computational fluid dynamics,CFD）方法对锥阀的阀腔内流场进行求解,得到不同阀芯颈部直径D值下不同阀口开度对应的流量、流量系数、阀芯阻力与稳态液动力值,并对解析结果进行了分析。结果表明：在相同阀口开度下,阀芯颈部直径D的变化对流量、流量系数几乎无影响,流量系数保持在0．86左右;阀芯的颈部直径D的变化对阀芯阻力与稳态液动力的影响也很小;阀芯阻力随着阀口开度的增大而减小;稳态液动力随着阀口开度增大而增大。     

喷嘴结构和工艺参数对雾化锌粉粒度的影响

在自行设计的雾化制粉装置上,研究了限制式喷嘴的关键结构参数如输液管内径,喷嘴出长度等。以及雾化工艺参数如压力及液锌的过热度等对锌粉粒度的影响,将所制备的锌粉进行了筛分,对粒径的大小和分布进行了分析。实验发现,颗粒粒度的分布服从对数－正态分布规律。在一定的条件下,输液管内径越大,输液管突出长度越长,锌平均粒度dm,体积平均直径dvm和Sauter平均直径dVs越大,即颗粒越粗,雾化压力越大,液锌的过热度越高,dm,dVm和Sauter平均直径dVs越小,即粉末越细。     

金属材料喷雾淬火过程的界面热交换分析

通过末端淬火试验,对铝合金试样喷雾淬火过程的界面热交换进行了研究。采用反热传导法求解了所有试验的界面热流密度(q)和界面传热系数(h),重点分析了喷雾压力、喷嘴直径和试样表面粗糙度对界面热交换的影响。结果表明:喷射压力对整个淬火界面换热过程均有影响,但对过渡沸腾阶段影响更大,且喷射压力越大,q及其峰值q_max越大,进入核沸腾阶段的时间越短;喷嘴直径越大,q、q_max越大,越早进入核沸腾阶段,但增大喷嘴直径对界面换热的影响存在上限;随表面粗糙度增大,q、q_max先减小后增大;在本试验条件下,上述喷射压力、喷嘴直径和表面粗糙度对界面热交换的影响规律均不受另外两个参数取值的影响。此外,由于喷射的微小液滴均匀覆盖了整个热表面,产生了剧烈的核沸腾,导致在部分试验中,q曲线在核沸腾阶段出现了二次升高现象。     

阀芯直径对液压锥阀性能的影响

采用计算流体动力学方法对锥阀阀腔内的流场进行数值求解,并比较分析不同阀芯直径下不同开口度对应的流量系数与液动力值.结果表明:对应相同开口,阀芯直径的变化基本不会引起流量的变化,并且流量系数基本保持不变,为0.85左右;阀芯直径对阀芯作用力及稳态液动力的影响较小.该结论为锥阀的结构设计提供一定的参考.     

同轴送粉工艺参数对激光增材再制造喷嘴粉流流场的影响规律

激光增材再制造同轴送粉喷嘴粉流汇聚特性是影响零件成形质量和成形效率的重要因素,基于 DEM-CFD 耦合方法,开展三维同轴送粉喷嘴粉-气流场仿真分析,依据表征粉流汇聚特性的喷嘴中心轴向粉流分布浓度、焦点距离、 上焦点截面粉流分布浓度和单位距离粉流分布浓度等参数,设计单因素试验,在喷嘴结构不变的条件下,分析输粉气流速度、送粉速率和中心光路保护气速度对粉流分布的影响规律。 结果表明:输粉气流速度越大,焦点距离越小,轴向粉流分布浓度越小,上焦点截面粉流浓度分布直径越小,单位距离粉流分布浓度越大,粉流的集聚性越好;中心光路保护气速度对粉流焦点浓度影响较小,保护气速度越大,焦点距离越大,上焦点截面粉流浓度分布直径越小,单位距离粉流分布浓度增加,粉流的集聚性越好;送粉速率对焦点距离影响较小,送粉速率越大,喷嘴轴向粉流分布浓度越大,上焦点截面粉流浓度分布直径越大,单位距离粉流分布浓度出现先增大后减小的趋势。     

Influence of Flow Swirling and Exit Shape of Barrel Nozzle on Cold Spraying

Traditionally, in cold spray two-phase supersonic jet formed with the help of converging-diverging nozzle are used. In this study an alternative design of cold spray nozzle is proposed in which a high velocity two-phase flow is created using an intense flow swirling in a constant section barrel (cylinder) with double-edged bevel exit. As a result, a high velocity gas-powder mixture jet is produced presenting a fan-shaped jet spreading at a large angle in one plane and approximately of equal size along the normal to this plane. This results in greater angles of particle deposition and, hence, in larger deposition widths, with the maximum width of deposition spot reaching 25 barrel diameters. The performed experimental study proves the new nozzle design to be appropriate for deposition of cold-sprayed coatings.     

塞棒抖动对浸入式水口流场的影响

连铸浇铸过程中采用塞棒控流,存在塞棒抖动影响浸入式水口流场的问题。利用水模拟的方法,研究塞棒开启高度、浸入式水口插入结晶器深度对浸入式水口内流场的影响。实验结果表明：塞棒开启高度为5、10 mm时,浸入式水口内流速分布不均匀,受塞棒抖动影响较大;塞棒开启高度为15、20 mm时,浸入式水口内流速分布比较均匀,受塞棒抖动影响较小;浸入式水口插入结晶器深度为100、150 mm时,浸入式水口内流速分布不均匀,受塞棒抖动影响较大;插入深度200、250 mm时,流速分布比较均匀,受塞棒抖动影响较小;塞棒开启高度越高、水口插入结晶器深度越大,水口流速越均匀,受塞棒抖动影响越小。均匀稳定的水口流场有利于减少水口结瘤和塞棒侵蚀。     

工艺参数对焊接等离子弧的影响

基于双区域近似电弧模型的理论,研究了工艺参数对喷嘴出口处转移型焊接等离子弧的影响,给出了喷嘴出口处等离子电弧的伏安特性曲线,以及在不同离子气流速和喷嘴直径的条件下,电弧的弧柱半径及压力随焊接电流变化的曲线,并与试验数据进行比较,比较结果表明,计算结果与试验测量值吻合良好。同时还分析了喷嘴直径、钨极内缩量以及离子气流速在相应的焊接电流下对等离子弧功率与电弧力的影响,并绘出曲线图。研究结果表明,对于中小电流规范下的转移型等离子弧焊接,采用双区域近似电弧模型来研究喷嘴出口处等离子弧的特性是可行的,该模型计算简便,可为得到高质量等离子弧焊接的设计及生产提供理论基础。     

主气流温度对高压冷喷涂粉末速度和温度的影响

目的研究高压冷喷涂中,送粉气流在室温时主气流温度对冷喷涂粒子速度和温度的影响。方法利用计算流体力学软件FLUENT对冷喷涂流场进行数值模拟,分析不同送粉压差、不同喷管喉部直径的情况下,主气流温度对气体流场、粉末速度和温度的影响状况。结果送粉压差为0.1 MPa且喷管喉部直径为2 mm时,进入喷管的送粉气流流量占总气流流量的比值超过50%,此时提升主气流温度对冷喷涂粒子撞击速度和温度的提升幅度十分有限。在不改变送粉气流流量的情况下,增加喷管喉部直径可有效削弱送粉气流对粒子加速的不利影响。结论考虑送粉气流时,主气流温度对冷喷涂粉末沉积效果较弱,为了提高冷喷涂粉末沉积效率应保证顺利送粉的前提下尽可能地减小送粉气流流量,并且在设计喷管时应适当增加喷管喉部直径。     

气液两相同轴式超声喷嘴内流场数值模拟研究

为了提高超声喷嘴的雾化效率,以同轴射流的气液混合两相为介质,结合气泡雾化和超声雾化的优势,建立气液两相同轴式超声喷嘴内流场数值模型,研究不同含气率下内部流场云图和气相分布情况。结果得到:喷嘴流体速度呈层状分布,在喷嘴出口附近出现涡旋,在涡旋交界处流体速度达到最大,越靠近谐振腔内部速度越小;在喷嘴内部气泡呈块状分布,随着流体流动,渐渐地开始聚集;考虑到喷嘴内部流体的湍流扰动效果,确定气相工质体积为20%～30%较为合适;进口含气率越大,Y轴方向上的含气率越大,喷嘴X轴线方向上含气率略高于近壁面处,在X轴和壁面之间的含气率最少。     

Structural Optimization of Electromagnetic Swirling Flow in Nozzle of Slab Continuous Casting

During the slab continuous casting process, the flow field of molten steel in the mold plays a decisive role in the quality of the slab. In this paper, electromagnetic swirling flow in nozzle technology is proposed to control the flow field in mold.This technology can drive molten steel to rotate inside the submerged entry nozzle by electromagnetic force, thereby controlling the flow field. This research shows that it can reduce the impact of molten steel on the bottom of nozzle and partly reduce the negative pressure at the upper part of nozzle outlet which is even eliminated by optimizing the structure and angle of nozzle. The area of heat flux of the mold wall becomes larger, and the crest value of heat flux gets lower than that without swirling in nozzle and any nozzle optimization. The meniscus fluctuates smoothly, and the flow velocity at the top surface is within a reasonable range. The temperature field distribution in the mold is uniform which was beneficial to the growth of equiaxed crystal and decreased element segregation.     

中厚板轧后冷却圆形喷嘴射流冲击行为分析

在中厚板轧后冷却过程中,喷嘴的射流冲击形式和钢板表面积水层深度对冷却能力有着重要影响。本文利用ANSYS Fluent软件进行模拟仿真,研究了相同口径的圆形喷嘴,在不同倾斜角度、入口速度的条件下,射入不同积水层深度的水流场,分析了水流场中的流速及对钢板表面的冲击压强的变化趋势,得出初始流速、钢板表面积水层深度对射流钢板冷却冲击的影响关系。结果表明：喷嘴倾角越大,初始速度越大,钢板表面的积水层越薄,射流冲击钢板表面的压强值越大,冷却能力越强。     

一种新的旋流连铸技术——电磁旋流水口

日本及中国的学者研究表明,在连铸过程中浸入式水口内的旋转流动可以有效改善结晶器内的流体流动状态并提高钢坯的表面和内部质量。笔者提出一种新的旋流连铸技术,即利用水口外的旋转电磁场对钢液的洛伦兹力,使水口内钢液形成旋转流动。对圆形电磁旋流装置作用下圆坯及方坯连铸过程结晶器内钢液流场进行了三维数值模拟,分析了350 A电磁旋流作用下圆坯及方坯结晶器内钢液流场。结果表明：①水口电磁旋流使得圆坯结晶器内的钢液都处于旋转状态。②有旋流时,在方坯结晶器角部的附近可以观察到水平流动;钢液的冲击深度更小,上返流增强。     

面向大平面光学玻璃的射流抛光喷嘴设计

射流抛光是应用于先进光学制造业的一种新的加工方法,喷嘴是射流抛光设备的重要元件。传统的针形喷嘴加工效率较低,不能满足大平面光学玻璃的加工需求。为此,设计了新型喷嘴以提高射流抛光效率,对不同结构参数的喷嘴进行了数值模拟。模拟结果表明:新型喷嘴可满足大平面光学玻璃的加工需求;选择较小的喷嘴出口宽度、较大的喷嘴收缩角度和收缩段长度可有效地提高射流抛光的加工效率。