新型内吹环的设计与多喷嘴内吹环流场分析

针对车间喷嘴吹扫镀锌钢管内部多余锌粒时,出现的消耗大、喷管出口速度低、吹扫效率低等问题,设计一种新型的内吹环结构。这种结构由4个喷嘴组成,每个喷嘴的结构内轮廓为B样条曲线,喷嘴出口采用椭圆形结构。对原内吹环与新型内吹环进行流场仿真,仿真结果表明:新型内吹环的吹扫效果要高于原内吹环。并且研究了内吹环出口到管口的距离、喷嘴压力以及喷嘴出口直径对于流场的影响。其结果表明:靶距为40 mm的吹扫效果要优于20和30 mm,内吹环压力为0.6 MPa时射流速度大于压力为0.3和0.15 MPa,出口截面积越小吹扫效率越高。     

入射角对吹扫喷嘴射流流场的影响

以平整机吹扫系统中三维空气吹扫喷嘴为研究对象,基于流体力学的基本方程和RNG k-ε湍流模型,建立了吹扫射流的数学模型。为了研究入射角对吹扫流场的影响,在其他参数相同的情况下,将吹扫入射角α分别设为90°、60°、45°、30°,借助流体仿真软件对4种喷嘴布置方式下射流流场进行了分析。研究表明:一定的入射角使得更多的气流向前吹,并增大了吹扫速度,但是会降低垂直于钢板的速度分量,削弱气流对钢板的冲击能力,并且会在冲击点下游出现强烈的漩涡流,通过分析可知最佳入射角取45°左右。     

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%。     

扇形喷嘴的射流特性研究

利用Fluent软件对扇形喷嘴流场进行了可视化仿真,分析计算了冲洗压力对射流性能的影响,并且分析了打击距离和打击角度对清洗效果的影响,从而有助于确定更为合理的射流参数。结果表明:随着入口压力的增大,流量和打击力都显著增加;对某一特定规格的喷嘴而言,打击角度为15°时较为合适。     

数控车床高压冷却喷嘴的优化设计

为了研究高压冷却喷嘴结构参数对流体射流的影响,文章针对高压冷却系统的执行部件锥形喷嘴的收缩角、入口直径与出口直径的比值两个主要因素进行了结构参数的优化设计。采用计算流体动力学的分析软件Fluent对喷嘴的流场进行了数值模拟,通过仿真研究和分析对比其喷嘴流场的特性曲线获取了喷嘴的优化参数。基于Mixture多相流模型理论对其优化后的喷嘴进行了外部流场的气液两相模拟实验和车削断屑实验。研究结果表明:随着收缩角的增大,喷嘴射流的动压值先增大后减小,在α=25°时动压力达到了最大值;距喷嘴出口60 mm处截面上的径向速度随着距离的增加而下降,在α=25°时截面上的径向速度变化幅度最小;当喷嘴的直径比C_d=3时,射流初始段的轴向速度达到最大值,能产生更好的断屑效果。     

FDM型3D打印机喷嘴多目标优化设计北大核心

分析传统桌面级熔融沉积成型(FDM型)3D打印机喷嘴的结构特点,选择喷嘴流道直径、收缩角与喷嘴温度作为试验变量,进行正交仿真试验。分析喷嘴熔体压力场、速度场、黏度场、温度场以及剪切速率场的分布状态。以稳定的出口截面速度、较低的流道熔体黏度以及较高的出口压力作为提高喷嘴打印精度与确保打印过程顺畅的优化目标。通过极差分析,确定三因素分别作用下每个优化指标的变化规律,并基于遗传算法求解多目标优化问题。结果表明:出口速度方差的最显著影响因素为流道直径,流道熔体黏度与出口压力两指标的最显著影响因素为喷嘴温度;综合考量,喷嘴流道直径为1 mm、收缩角为30°且在200~210℃工作时,能够实现较优指标的聚丙烯熔体打印。     

空化射流角型喷嘴内流场的数值模拟

建立了角型喷嘴物理模型。基于FLUENT软件,采用混合模型、空化模型和RNG k-ε紊流模型对空化射流喷嘴内流场进行数值模拟。以径向线上蒸汽体积分数分布、轴线上蒸汽体积分数分布和速度分布为判断角型喷嘴产生的空化射流空化程度的依据,分析圆柱段直径、入口压力、出口压力对射流空化程度的影响规律。模拟结果表明:圆柱段直径的最佳初始值为1 mm;增大入口压力可以提高射流空化程度,但随着出口压力的增大,又会抑制喷嘴内空化的初生并降低出口速度,不利于射流空化程度的提高。     

基于响应面方法圆柱形喷嘴结构优化研究

喷嘴是高压水射流的核心工作部件,其几何结构特征直接影响射流质量及工作效率。利用CFD方法对当前广泛应用的圆柱形喷嘴内流场进行研究,以最大出口速度作为目标变量,采用响应面方法优化喷嘴结构。研究结果表明:圆柱形喷嘴轴心速度与压力呈现近似对偶特性。喷嘴出口直径、喷嘴出口圆柱段长度及喷嘴收缩角对喷嘴出口速度有显著影响,喷嘴入口圆柱段长度及入口直径对出口速度影响较小。其中,喷嘴出口圆柱段长度与出口速度近似呈线性关系,而出口直径及喷嘴收缩角与出口速度呈抛物线关系。影响喷嘴压降的因素为喷嘴入口及出口直径,而其他因素如喷嘴出口圆柱段长度、入口圆柱段长度及收缩角对压降的影响则可以忽略。     

基于CFD的液氮消防喷嘴两相流数值分析

为了研究液氮消防喷嘴的射流特性,对氮气和水混合喷射的两相流喷嘴建立数学模型和几何模型,利用计算流体力学的方法对气液两相流射流流场的速度、压力、密度等物性参数进行数值模拟仿真分析。并改变喷嘴的入口、出口以及总长度等参数进行仿真,对比不同参数时的射流速度,从而得到喷嘴的最佳尺寸参数。压力仿真云图的结果表明,喷嘴弯折处易出现负压,因此在设计时应将喷嘴设计成曲线型。     

基于响应面方法圆柱形喷嘴结构优化研究

喷嘴是高压水射流的核心工作部件,其几何结构特征直接影响射流质量及工作效率。利用CFD方法对当前广泛应用的圆柱形喷嘴内流场进行研究,以最大出口速度作为目标变量,采用响应面方法优化喷嘴结构。研究结果表明：圆柱形喷嘴轴心速度与压力呈现近似对偶特性。喷嘴出口直径、喷嘴出口圆柱段长度及喷嘴收缩角对喷嘴出口速度有显著影响,喷嘴入口圆柱段长度及入口直径对出口速度影响较小。其中,喷嘴出口圆柱段长度与出口速度近似呈线性关系,而出口直径及喷嘴收缩角与出口速度呈抛物线关系。影响喷嘴压降的因素为喷嘴入口及出口直径,而其他因素如喷嘴出口圆柱段长度、入口圆柱段长度及收缩角对压降的影响则可以忽略。     

针型喷嘴射流特性研究

运用FLUENT流体仿真软件的VOF两相流模型对针型喷嘴在不同入口压力、不同打击距离的喷嘴射流流场进行数值分析,得到针型喷嘴射流流场的速度和被清洗件承受的压力分布云图和压力分布曲线,研究针型喷嘴射流参数的变化对射流流场速度及压力的影响规律。结果表明:随着入口水压的增加,射流最大速度和被清洗件上承受的压力值增加,但增加趋势逐渐减小;随着打击距离的增加,清洗范围略微增大,被清洗件上承受的压力值减小,但减小程度逐渐下降;进而得出当入口压力为30 MPa,打击距离在90～100 mm范围内的针型喷嘴具有最佳清洗效果。     

带电水冲洗打击力特性及清洗效率仿真研究

为了更好地完成带电水清洗作业,提高带电水清洗的效率,通过流体仿真软件FLUENT对水射流打击力进行仿真研究。分析了大、中、小水冲3种典型喷嘴在不同进口压力和靶距下的打击力特性;分析冲洗角度对清洗效率的影响以及打击力与流量和功率之间的关系。结果表明:水射流打击力随进口压力增加而增加,随靶距增加而降低;冲洗角度会改变射流特性,影响清洗效果;通过增加进口压力来提升打击力比通过增大喷嘴直径更经济。     

井下除尘器组合喷嘴喷雾效果分析

除尘器常采用雾化除尘原理,组合喷嘴雾化除尘效果好,但其结构及流动情况比较复杂。选用德国BAAS-MS-11-130°井下除尘喷嘴为研究对象,应用CREO软件对喷嘴进行三维实体建模,并应用ANSYS软件中的网格生成工具ICEM CFD对其进行网格划分,导入到ANSYS-FLUENT软件中进行边界条件的设置,选择VOF模型,对其进行数值模拟分析。分析喷嘴的入口速度、入口直径、旋流器内部斜孔的直径以及角度、旋流器个数和喷嘴主体喷口孔径等参数变化对喷嘴喷雾效果的影响。     

真空度对真空冷喷涂气固两相流的影响

目的真空度直接影响着真空冷喷涂时气体流动特性和颗粒撞击速度,研究真空度对气体和颗粒流动特性的影响。方法确定真空冷喷涂系统结构,采用FLUENT软件进行真空冷喷涂气固两相流研究,通过数值模拟研究真空度对流场和颗粒撞击速度的影响,并研究相同压力比下的气固两相流特性。结果当入口压力一定时,喷管内的气体轴线速度、密度和温度与环境压力大小无关;而在射流区,环境压力越小,则气体轴线速度波动越小、密度越低,但到达基板后的气体温度均接近喷管入口温度。环境压力对大粒径颗粒的撞击速度影响较大,颗粒撞击速度随环境压力增大而先增后减,最佳环境压力可根据气相云图和气体密度来确定。当进出口压力比相同时,喷管内和射流区域内的气相速度云图基本相同,气体轴线速度曲线基本重合,而基板前的颗粒速度不同,此时环境压力越低,颗粒速度越高,越有利于形成涂层。结论采用计算流体动力学分析方法厘清了真空度对真空冷喷涂气固两相流的影响,为涂层制备奠定了理论基础。     

高压二氧化碳载送干冰喷射去污流场分析及关键参数优化

为提升核设施退役去污能力,提出高压二氧化碳载送干冰喷射去污方法。基于Fluent软件建立了喷射去污系统中关于喷嘴与去污箱体内部流场的分析模型,通过流场分析获得了干冰颗粒速度分布。以靶距、喉半径、喷嘴长度、干冰粒径、压力为关键参数,以干冰颗粒对污染表面的冲击应力与分布直径的乘积为去污评价指标,分别开展了1.5、3 mm口径喷嘴流场分析的正交试验。通过均值响应分析和主效应分析掌握了各关键参数对去污性能的影响规律,获得最优参数组合。分析结果表明：关键参数优化后,1.5 mm口径喷嘴去污性能提升了5.64%,3 mm口径喷嘴去污性能提升了15.8%,后者去污性能是前者的1.3倍,但前者的二氧化碳利用率是后者的3倍,具有更好的经济性。该分析结果可为喷嘴选型和喷射去污系统参数计算提供支撑。     

高频脉动气体射流喷头仿真设计

为改善飞秒激光加工形貌及提高加工深度，设计一种高频脉动气体射流系统。利用双稳态射流开关实现高频振动与射流的耦合，形成脉动射流。该结构形成脉动射流主要存在2种机制：一是质量流进入空气产生的声压，在理论上能够产生大约2 500 Hz的振动；二是射流在开启和关闭过程产生的振动。运用CFD技术探究了射流喷头各项结构参数对射流效果的影响，仿真结果表明控制流道宽度、侧壁倾角、主流道宽度分别对切换时间、压力振幅、出口速度的影响最大，侧壁倾角为12°，控制流道宽度为0.7 mm且垂直于输出流道，劈距为8 mm，主流喷嘴宽度和主流道宽度为1 mm时得到最理想的优化结果。     

多喷嘴射流泵流场的数值模拟与PIV测量

为研究多喷嘴射流泵性能和内部流场特征,设计了不同结构的多喷嘴射流泵试验模型.采用k-ε湍流模型和壁面函数法对不同参数下的多喷嘴射流泵进行了数值模拟,模拟结果表明,喷嘴数和喷嘴角度及喉嘴距对射流泵工作性能影响较大;在吸入室及喉管入口处湍动能较大.利用PIV系统对不同结构射流泵内部流场进行了三维测量,获得了射流泵对称面流场的速度矢量和湍动能等值线图.试验结果表明,其速度梯度衰减得愈快,工作流体和被吸流体混合距离越短.验证了多喷嘴射流泵可缩短喉管长度.测量结果证明数值模拟的正确性,为多喷嘴射流泵理论研究和合理设计提供了理论依据.     

蒸汽喷射器内的激波效应对喷射性能的影响

利用Fluent软件对蒸汽喷射器内二维流场进行数值模拟计算,研究工作流体压力、背压、喷嘴位置对喷射性能的影响,并对喷射器流场内激波的产生、发展和结束进行了分析。结果表明,蒸汽喷射器工作流体压力、工作背压、喷嘴位置在特定的工况下都具有相对应的最优值。激波产生和结束的位置对喷射器性能影响很大:当第一激波由喷嘴出口产生并延伸到混合段出口附近时结束、第二激波在扩散室入口附近结束时,引射系数最大;当激波过早或过晚结束时,都会影响喷射器的性能。