磨料水射流喷嘴结构参数对流场性能影响的仿真与研究

建立后混合磨料水射流喷嘴可视化模型,利用FLUENT软件对喷嘴内固液两相流场进行仿真,分析管嘴内流场的速度以及管嘴结构对它的影响。为了达到理想的速度,混合腔长度应选择高压水喷嘴直径的40倍左右;聚焦管长度在60~70 mm之间最优;综合考虑速度及磨损,锥形角角度应选择在30°~45°之间。     

几何结构参数对磨料水射流喷嘴磨损规律影响的模拟分析

建立了前混合磨料水射流喷嘴物理模型。基于FLUENT软件,采用颗粒轨道模型、Grant弹性恢复系数和E/CRC磨损模型对磨料水射流喷嘴内的磨损特性进行了数值模拟。结果表明:当喷嘴收缩角为20°以上时,喷嘴磨损呈现两个严重磨损区,分别在喷嘴圆柱段入口处前较短距离范围内和喷嘴圆柱段出口处前较短距离范围内;随着喷嘴收缩角的增大,磨料颗粒与喷嘴圆柱段壁面碰撞次数和速度增加,同时随着喷嘴长径比的增大,喷嘴圆柱段壁面磨损速率整体增加,严重磨损区范围扩大,结果均使喷嘴圆柱段的磨损加剧。以喷嘴壁面磨损速率的面积加权平均积分表征喷嘴整体的磨损程度。随着收缩角和长径比的增大,喷嘴壁面磨损速率的面积加权平均积分增大,喷嘴的磨损整体而言越严重。因此,从减小喷嘴磨损的角度而言,喷嘴的收缩角和长径比宜取小值。     

磨料粒径及形状对磨料水射流切割钛合金表面微观形貌的影响

采用不同粒径与形状的磨料颗粒,在磨料水射流切割平台上切割钛合金,用超景深显微镜等设备分析,以研究不同的磨料粒径及形状对钛合金表面微观形貌的影响。研究表明:磨料粒径越大,钛合金表面所形成的划痕越长,80目磨料颗粒形成的微划痕长度约为160目磨料的5倍。且球形磨料颗粒所形成的划痕末端堆积较少,其表面线粗糙度低于9.5 μm;具有棱边的磨料颗粒所形成的划痕有唇状或鳞片状金属堆积,其表面线粗糙度在9.5～13.0 μm间;柱体形的磨料颗粒冲击形成的划痕带有尖锐的棱角,其表面粗糙度大于13.0 μm。      

后混合磨料水射流切割工程陶瓷的特性分析

对后混合磨料水射流切割工程陶瓷的特性进行了理论和实验分析，探讨了磨料水射流切割工程陶瓷切割机理，分析了改变切割工艺参数对切割深度的影响特性。     

前混合磨料水射流切割参数对表面粗糙度的影响

采用前混合磨料水射流对Q235碳素结构钢进行切割实验,测量样品切口表面粗糙度;研究前混合磨料水射流的切割压力、喷嘴出口直径、切割靶距、切割速度和切割深度对样品切口表面粗糙度的影响规律;结合实验数据,建立表面粗糙度二次非线性回归预测方程。研究结果表明：前混合磨料水射流的切割压力、喷嘴出口直径与表面粗糙度呈负相关关系;切割靶距、切割速度、切割深度与表面粗糙度呈正相关关系;各因素的影响权重大小依次为：喷嘴出口直径、切割深度、切割压力、切割速度、切割靶距;影响表面粗糙度的实质因素为磨料流量和磨料能量;建立的表面粗糙度二次非线性回归预测方程的平均偏差为7.99%。     

高分子添加剂对磨料水射流切割质量的影响

通过磨料水射流和在磨料水射流中加入不同浓度高分子添加剂切割大理石的对比实验,测量了在不同工况下切缝表面不同位置测点的粗糙度。试验结果表明:在相同工况下,高分子添加剂磨料水射流较磨料水射流能减小切缝表面粗糙度,提高切缝表面质量;不同浓度高分子添加剂磨料射流对切缝表面粗糙度影响不一,存在最优浓度为3×10~(-4);磨料水射流切割中,走刀速度过慢和过快时获得切缝表面最小表面粗糙度的靶距较正常走刀速度大;高分子添加剂磨料射流切割中,不同走刀速度下获得切缝最小表面粗糙度的靶距趋向一致。     

喷嘴直径对水射流切割性能影响的实验研究

水射流磨料喷嘴是磨料颗粒加速的关键部位,喷嘴直径对射流有重要影响.通过实验研究了喷嘴直径与射流切割性能的关系.研究结果表明:(1)试件的切口深度和切口宽度随喷嘴直径的减小基本上呈线性减小;(2)同一压力下,减小喷嘴直径会降低射流的切割比能耗;(3)试件在射流移动方向的直线度及切13角的大小均与喷嘴直径无关.在相同压力下,喷嘴直径减少使射流穿透能力降低,从而使切割质量下降;(4)从能耗、节约被加工材料、切割效率和设备投资等多方面因素考虑,对于普通材料切割的喷嘴直径较佳选择为φ0.6～1.0 mm,由于喷嘴直径小于?0.2mm时射流切割能力显著降低,因此不宜进行?0.2mm以下的磨料射流切割.     

磨料水射流清理新工艺的试验研究

论述了高水压、小流量的磨料水射流清理新工艺的试验研究成果。提出了以清理效能为判据，探索诸多工艺参数相关影响的试验研究方法；揭示了清理宽度及清理厚度等随水压、靶距、移动速度、磨料耗量等的变化关系；给出了较佳参数范围：水压３０～５０ＭＰａ、水耗量≤６Ｌ／ｍｉｎ、靶距１５０～２２０ｍｍ、移动速度１０００～２０００ｍｍ／ｍｉｎ、磨料耗量约５．５ｇ／ｓ、淹没深度约２５ｍｍ，其清理效果≥８５％，清理效率４．５～１０．３５ｍ２／ｈ，清理能耗０．４１～１．６２ｋＷ·ｈ／ｍ２。     

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.     

磨料水射流等现代切割技术的研究与分析

首次根据大量实验研究结果，对磨料水射流切割与激光、等离子切割进行了综合研究分析。阐明了磨料水射流对板材切割的适应性、合理性和经济性。文章对磨料水射流切割技术的发展及其推广应用，具有实用价值和指导意义。