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.     

消防水炮喷嘴流场数值模拟研究

消防水炮是消灭大型火灾的关键工具,正在向大流量、远射程和高射高等方向发展。喷嘴作为消防水炮的核心部件之一,其设计直接决定射流性能的优劣。采用Fluent对3种不同内轮廓线结构的消防水炮喷嘴进行流场数值模拟,分析结构形式对射流压力、速度和湍动能的影响,从而确定消防水炮喷嘴的最佳内轮廓线结构。通过实验结果可知,在流量为40、50、60和80 L/s的情况下,采用正弦形式的喷嘴内轮廓曲线的射程高于国标规定射程15%以上。以上研究可为提高消防水炮射流性能提供参考。     

机电静压伺服电动泵浮板配流结构连通套压紧系数的探讨

针对一种可适用于高压、大流量机电静压伺服电动泵的浮板配流结构,采用FLUENT软件对连通套盘式摩擦副内液膜以层流模型进行三维流场数值模拟,得到液膜流场分布(压力场、速度场);研究不同连通套密封端面外径尺寸对液膜开启力的影响,确定连通套盘式摩擦副压紧系数范围,为浮板配流结构的进一步设计提供了参考。     

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.     

基于不同收缩曲线的圆射流流场拟序结构分析

为了分析不同的收缩曲线对喷嘴外部流场中流场结构的影响,利用大涡模拟方法,对具有正弦曲线、双三次曲线、维多辛斯基曲线的收缩段的外部流场进行了数值模拟,通过对比分析,正弦曲线喷嘴出口处的速度分布、湍流强度分布均优于其余两种曲线,并且其初始剪切层较薄,外部流场中涡环的卷起、配对现象明显,正弦收缩曲线的收缩段的外部流场的模拟结果与实验图像结果基本相符。     

高压水射流切割喷嘴的结构设计和参数优化数值模拟研究

应用FLUENT软件对喷嘴的内外部流场进行数值模拟研究,并对影响喷嘴出口速度和动压的4个主要结构参数进行正交试验,模拟研究结果得出适用于切割的喷嘴结构和优化的结构参数.研究表明:喷嘴的收缩角对喷嘴的性能影响最大,喷嘴出口水平过渡段也是一个重要的影响因素.     

等离子焊枪气体保护效果数值模拟

针对三种不同结构等离子焊枪,用数值模拟方法解释保护气体流动造成焊接过程不稳定的原因,为等离子焊接工艺确定和焊枪的设计提供了理论依据。在PHOENICS软件中建立等离子焊接保护气体流动的三维数学模型,在未考虑焊接温度场对保护气体流动影响的基础上,模拟气体流量、喷嘴与工件的距离、保护气罩的位置、喷嘴结构等参数对流场的影响,得到了速度场的分布。     

冷喷涂工艺中射流过程的数值模拟研究

在冷喷涂材料表面改性技术研究中，喷嘴出口的超音速气流射流流场直接影响喷涂的效果和喷涂质量，故喷嘴出口后射流的流场数值计算分析非常重要。通过对数学模型的工程简化，完成气相射流流场的数值模拟，给出了可压缩气体压力、温度和速度分布，根据计算结果，完成对实验的优化设计。     

基于响应面法的脱硫搅拌器工艺参数优化

以四叶搅拌喷吹复合脱硫搅拌器为研究对象，通过调整搅拌转速、插入深度和喷嘴通气流量等工艺参数，优化搅拌流场速度。基于响应面法进行试验方案设计，获得了对流场速度具有显著影响的因素，并采用正交试验交互作用因素验证了响应面模型的正确性。试验模拟结果表明:脱硫搅拌器搅拌流场最优的工艺参数为搅拌转速170 r/min、插入深度400 mm、喷嘴通气流量4.408 m3/h，此时模型预测流场速度值为0.536 m/s；插入深度较搅拌转速和喷嘴通气流量对搅拌流场速度有更显著影响。     

双路圆柱型涡流管的数值模拟与试验研究

建立双路圆柱形涡流管三维有限元物理模型,通过数值模拟获得其内部三维气体强旋流的流动状况;同时分别对双路涡流管内的切向速度、轴向速度和总温分布进行分析;并通过量纲分析与前人的实测结果进行对比,验证了双路涡流管数值模拟的正确性.在数值模拟基础上,通过仿真和实验分析了双路涡流管附加回路的直径、进气压力以及冷流率和喷嘴进气压力对制冷效应的影响,并与单路涡流管对比,得到了各参数对双路涡流管性能的影响规律.     

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。     

Effect of the increase in the entrance convergent section length of the gun nozzle on the high-velocity oxygen fuel and cold spray process

Nozzle geometry, which influences combustion gas dynamics and, therefore, sprayed particle behavior, is one of the most important parameters in the high-velocity oxygen-fuel (HVOF) thermal spray process. The nozzle geometry is also important in the cold spray method. The gas flows in the entrance convergent section of the nozzle exhibit a relatively higher temperature and are subsonic; thus, this region is most suitable for heating spray particles. In this study, numerical simulation and experiments investigated the effect of the entrance geometry of the gun nozzle on the HVOF process. The process changes inside the nozzle, as obtained by numerical simulation studies, were related to the coating properties. An Al₂O₃-40 mass% TiO₂ powder was used for the experimental studies. The change in entrance convergent section length (rather than barrel part length or total length) of the gun nozzle had a significant effect on the deposition efficiency, microstructure, and hardness. The deposition efficiency and hardness increased as this geometry increased. On the other hand, the calculated and measured particle velocity showed a slight decrease. This effect on the HVOF process will also be applied to the nozzle design for the cold spray method.     

基于电机挤出沉积的多喷头生物3D打印系统

3D打印载药组织工程骨支架正朝着多材质方向发展。针对多材质支架打印过程中出现的多喷头切换时产生的喷头干涉碰撞、共点打印以及流涎现象,对电机挤出式打印喷头的切换装置、多材质打印路径及多喷头打印控制进行研究,提出基于电机挤出沉积的多喷头打印系统及多喷头控制方法。使用花瓣形喷头切换机构实现多材质的切换,设计多喷头切换的路径规划方法及上位机控制程序,最后以羟基磷灰石和聚乙烯醇的混合材料在多喷头生物3D打印系统上进行打印测试。研究结果表明：该系统能实现多喷头的协调打印、共点打印,解决了打印过程中喷头切换时产生的干涉碰撞和流涎现象,为仿生载药组织工程骨支架的梯度打印提供了参考。     

基于FDM技术的多喷头3D打印机关键技术研究

为实现FDM (熔融沉积成型法) 3D打印技术多色彩模型三维实体快速成型效果,设计了基于3组喷头可无干涉交替打印的多喷头3D打印机整机结构,并通过分析单喷头3D打印机工作流程,对比出多喷头3D打印机具有喷头数量多、联动复杂等工作特点,确定了多喷头3D打印机需解决的关键技术为喷头预热时间、喷头切换精度,并据此分析了控制流程,研究了控制系统。最后,依据线性换算方法计算了多组喷头预热时间,利用三维空间矫正方法补偿了喷头切换精度。     

激光熔覆载气式同轴送粉喷嘴关键参数的探究

以激光熔覆载气式同轴送粉喷嘴为研究对象,建立了三通道激光熔覆喷嘴的三维模型,运用计算流体动力学理论对激光熔覆送粉喷头关键参数进行了数值分析,基于商用计算流体力学(CFD)软件FLUENT对送粉通道不同倾角和送粉口不同直径条件下的粉末流场情况进行了数值模拟。分析与计算结果表明,在其他参数一定的条件下,选样送粉通道倾角角度70°和送粉口直径1.5 mm时,有利于改善激光熔覆效果,为CFD技术在流体机械分析中的应用提供了参考。     

Numerical analysis of the effect of arc spray gun configuration parameters on the external gas flow

The objective of present study is to investigate the effect of different gun configuration parameters on the external gas flow by using a CFD model, and to optimize the design of an arc spray gun based on the modeling results. A converging nozzle and a converging/diverging nozzle for arc spraying were compared by calculating their flow distributions using a two-dimensional (2D) axially symmetrical model. Other parameters such as location of the intersection position and angle between the two wires were also analyzed in a three-dimensional (3D) model. The results show that the converging/diverging nozzle is more favorable for droplet atomization, moving the intersection position from the nozzle outside to the nozzle exit and using a moderate intersection angle are better for improving the flow dynamics properties. Consequently, an innovative design to upgrade the original HAS-01 type gun was put forward, and the modified design was experimentally compared with the original one by measuring the in-flight droplet size and velocity.     

SLM 3D打印St6钴基合金燃油器喷头可行性分析

设计、对比了不同选区激光熔化工艺(Selective Laser Melting,SLM)3D打印St6钴基合金燃油器喷头的试验方案,热等静压(HIP)后,通过表面质量及微观金相检查,对St6钴基合金燃油器喷头3D打印工艺的可行性进行分析.针对打印中出现的表面球化、层间开裂、内部组织不致密、内部裂纹、析出物聚集等缺陷,...     

FDM多喷头3D打印机结构设计及运动研究

为实现FDM(熔融沉积成型法)多喷头3D打印多材料、多颜色增量制造,在完成多喷头3D打印机结构设计的基础上,通过分析单喷头3D打印机成型运动模式,研究多头3D打印机各运动部件成型轨迹及运动特征。并据此确定其控制方式、控制对象及控制流程,设计基于开放式分层软件+多轴联动控制通信的控制系统。最后,利用三维设计软件构建了彩色三维数据模型并对其成型过程实施仿真。经验证,该多喷头3D打印机可实现多彩色三维模型制作。     

提高桌面3D打印机效率的研究

目前桌面3D打印机受到了许多领域的关注,但由于桌面3D打印机是通过逐层累加的方式来构造实体,所以与传统的切削加工相比,熔融沉积成型的桌面3D打印机生产效率较低。为提高桌面3D打印机的生产效率,提供了一种优化零件构建时间的方法。即通过零件表面采用直径为0.4 mm的喷嘴进行成型加工,填充区域采用直径为1.2 mm的喷嘴进行成型加工,并与现有单喷头方法进行对比实验,发现该方法在保证表面粗糙度不变的前提下能大幅度缩短构建时间。为提高桌面3D打印机效率提供了一种新思路。     

水口结瘤对板坯连铸结晶器钢水行为影响的数值模拟

以230 mm×1 600 mm板坯连铸机结晶器为研究对象,采用CFD数值模拟的计算方法,建立了VOF模型,研究了连铸水口结瘤对钢渣界面波动与钢液流动行为的影响。研究结果表明,当水口无结瘤时,结晶器内流场为典型的双环流形貌。当水口有结瘤时,结晶器内水口两侧会出现严重的非对称流,结瘤侧流股范围小,非结瘤侧流股范围大。水口不结瘤一侧动能增大导致结晶器下涡心位置下降,会使钢液冲击深度增大;水口结瘤一侧水口因涡心位置较高,加剧了弯月面处的波动和钢渣表面的波动紊乱。结瘤情况下的钢液波动较大,最大波动差为4.03 mm;不结瘤情况下钢液波动较平稳,最大波动差为1.4 mm。