基于FLUENT的水射流冲击力影响因素仿真分析

基于水射流冲击模型,应用FLUENT流体分析软件对喷嘴射流冲击力数值模拟和仿真,得出不同的射流压强、喷距及喷嘴出口直径对射流冲击力及冲击作用区域的影响。结果表明:其他相关因素确定时,射流冲击力随着射流压强的增加而增大,随着喷距的增加先增大、后减小;不同喷嘴出口直径的射流冲击力的比值约为喷嘴出口直径的平方比,射流冲击的作用区域与喷嘴出口直径有关,其面积约为出口直径的2.9倍。     

钢轨高压水除鳞过程射流冲击流场及冲击压力分布研究

根据钢轨异型坯断面形状、万能轧制过程高压水除鳞装置设备参数以及除鳞喷嘴的位置和特点,结合钢轨万能轧制规程确定了冲击靶距、除鳞时间和喷嘴出口速度等参数,并基于Fluent软件建立了60 kg·m-1重轨高压水除鳞过程二维模型并完成了射流冲击过程流体流动场和冲击压力仿真。得到了单喷嘴和双喷嘴射流冲击下射流体积分数、高压水速度矢量分布以及轨腰、轨底和轨头表面的冲击压力分布,并且分析了冲击靶距、喷嘴数量和喷嘴出口速度等参数对钢轨异型坯表面冲击压力分布的影响。研究结果表明这种压力在喷嘴中心处最大,向边缘处逐步减小;同时受断面形状和喷嘴布置状况影响较大。     

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。     

超声辅助磨料水射流加工机制及去除模型研究

为了增强磨料水射流的加工效果,设计了超声辅助微细磨料水射流加工系统。通过喷嘴内变幅杆的超声振动,将声能与射流压力能叠加,增强磨料水射流的脉动行为,形成脉冲射流。通过数值计算的方法研究了流场轴线上的声压分布及磨粒在流场中的运动特性,探究了脉冲射流的加工机制及硬脆材料去除机制。通过切槽实验分析了系统压力、振幅及靶距对冲蚀深度的影响规律,实验结果证明,施加超声振动可有效降低系统压力,最佳靶距为8～10 mm。基于实验结果,利用MATLAB建立了硬脆材料的去除深度预测模型。     

射流压力对淹没水射流冲击与空蚀效果的影响

目的探究淹没水射流对铝合金及铜合金材料的冲击与空蚀作用。方法为获得关键射流工况参数对射流冲击和冲蚀效果的影响,对射流压力、冲击时间和靶距的作用进行了研究。在较低压力条件下对材料表面的残余应力进行测量与分析;在较高压力时对材料表面的破坏形貌进行观测。结果残余应力随射流压力的增加而增加,当冲击时间为20 min,射流压力为40 MPa时,残余应力达到最大值91 MPa;在空蚀作用初期,试样表面出现尺寸较小、呈离散分布的空蚀坑,其为离散空泡冲蚀所致。随着空蚀作用的增强,材料表面的空蚀坑增大,同时出现塑性变形,当冲击压力为300 MPa,靶距为7cm,冲击时间为15 min时,达到最显著冲击效果。结论当压力较小时,淹没水射流可以强化金属表面;当压力较大时,淹没水射流可以使金属表面产生空蚀坑和塑性变形。尽管淹没水射流具有连续的射流速度分布,但材料表面的破坏更多地取决于空化现象。     

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.     

去除管道3PE防腐层的轴向扇形喷嘴数值模拟

目的 优化设计一种轴向扇形喷嘴,通过产生扇形磨料水射流去除管道3PE防腐层,以期提高去除管道3PE防腐层的效率和安全性.方法 建立轴向扇形喷嘴物理模型及扇形磨料水射流流场的计算模型.基于FLUENT软件,采用颗粒轨道模型、Realizable k-ε湍流模型对轴向扇形喷嘴内外磨料水射流流场特性进行数值模拟研究.结果 沿着射流流动方向,扇形喷嘴收缩段(邻近圆柱段区域)磨料颗粒速度增加明显,圆柱段磨料颗粒速度增加不明显.由于喷嘴流通面积减小或V型槽致使流道形状改变,进入扇形喷嘴椭圆段后直至喷嘴出口处,磨料颗粒速度总体增加,但其速度分布呈现复杂规律,在射流的两侧边缘存在高速区.在扇形喷嘴外流场中,磨料颗粒速度呈减小趋势,同时,磨料颗粒速度云图在X轴某一位置出现了分叉现象,速度云图在分叉点之后的区域出现空白,即从分叉点之后,外流场的某些区域没有磨料颗粒的存在.为了充分发挥磨料颗粒对3PE防腐层较好的冲蚀效果,扇形磨料水射流去除3PE防腐层时,应将靶距控制在分叉点位置之前.不同结构参数轴向扇形喷嘴产生的扇形磨料水射流,其磨料颗粒速度云图分叉点位置不同.结论 综合考虑磨料颗粒速度大小、作用范围、分叉位置等因素的影响,优选出拟用于产生扇形磨料水射流去除3PE防腐层的轴向扇形喷嘴结构参数:α2/r=1、α=15°、b=0.6 mm、d=2.13 mm.最佳靶距在17.37～37.37 mm.     

磨料水射流切割微晶复合材料的工艺参数对光滑区粗糙度的影响

本文通过单因素试验,研究了磨料水射流切割微晶复合材料时射流压力、靶距、切割速度和磨料流量对光滑区粗糙度的影响规律,进行了正交试验,得出了磨料水射流各工艺参数对光滑区粗糙度影响的重要程度主次顺序,并且得出了最优工艺参数组合。试验结果表明:在磨料水射流切割微晶复合材料时,射流压力增加,光滑区粗糙度先减小后增加;靶距增加,粗糙度增大;切割速度增加,粗糙度增大;磨料流量增加,粗糙度减小。优化后的加工工艺参数为:射流压力260 MPa、靶距4 mm、切割速度144mm/min、磨料流量590 g/min。     

磨料射流铣削工艺参数优化

目的对表面粗糙度和材料去除率作为输出参数的磨料水射流铣削45#钢过程进行研究,旨在寻找最优加工参数。方法对射流去除材料机理进行了分析,设计并进行了以磨料粒度、射流压力、横向进给距离、靶距为加工工艺参数的田氏正交实验。采用Minitab对不同实验参数组合下磨料水射流加工45#钢的表面粗糙度、材料去除效率进行了数据分析,并从材料去除机理方面,对4种加工工艺参数对于铣削表面质量和材料去除效率的影响程度和影响趋势,以及各因素之间的交互作用进行了分析。结果对射流铣削面表面粗糙度影响较显著的因素是横向进给距离,射流压力次之;对于材料去除效率,磨料粒径的影响最显著,横向进给距离次之。结论综合材料去除效率和表面粗糙度值,选出最优加工参数:磨料粒径2000目,射流压力120~160 MPa,喷嘴横移距离1.0~1.5 mm,靶距约30 mm。     

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%。     

基于SIMULINK的水射流动态特性仿真

由于超高压发生器的瞬时压力脉动导致水射流的出口速度不稳定,进而严重影响水射流机床的加工质量.本文以某型水射流切割机床为研究对象,建立其水射流增压系统的数学模型,应用MATLAB中的动态仿真工具软件包SIMULINK,对超高压增压系统的压力脉动和高速水射流的出口速度进行仿真研究.通过仿真研究,为改善水射流系统的动态性能提供了依据.     

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。     

进出油阻尼孔对偏转板射流阀射流流场的影响

应用CFD软件对偏转板射流阀进出油阻尼孔不同参数条件下的射流流场进行数值模拟,得出偏转板射流阀内部射流速度、压力的分布特征和不同阻尼孔参数D_1、D_2、L_1、L_2对射流速度、压力的影响规律。研究发现:射流速度由喷嘴处的最大值先逐渐减小,在0.8 mm位置处又上升到仅次于喷嘴射流速度的较大值;射流压力先增大后又在0.8 mm位置处减到较小值,最后在两接收口间阀体处达到射流压力最大值。参数D_1对通过V型导流窗口的射流流量、射流压力和恢复压差起决定性作用;增大参数D_2时射流速度曲线向上平移而射流压力曲线向下平移。参数L_1对射流压力有影响而参数L_2对射流场的影响可以忽略。研究结果为高性能偏转板射流伺服阀的工程设计和优化提供参考。     

黏性流体液滴撞击超疏水壁面奇异射流的试验与模拟

液滴在特定条件下撞击超疏水壁面会形成奇异射流现象，该现象产生机理及调控机理有待进一步研究。基于高速显微数码摄像技术，研究不同黏度（0.9～27.7m Pa·s）牛顿流体液滴撞击超疏水壁面（静态接触角为158°）的动态行为，归纳奇异射流发生的相图。通过水平集相界面追踪法，建立液滴撞击超疏水壁面的有限元数值模型。研究结果表明：对于中低黏度（甘油质量分数小于67wt.%）的液滴，奇异射流现象发生在特定的We数区间。随着液滴黏度的增大，发生奇异射流的We数阈值提高。当液滴的黏度大于14.2 mPa·s后，即使继续提高液滴撞击速度（We>100），奇异射流现象不再出现。奇异射流的产生与回缩阶段液滴内空腔的形成有关，且发生射流时空腔底部有很大的压力集中区。黏度的改变会影响液滴内空腔底部气液交界处的界面形态。随着黏度增加，空腔底部气液相界面将由上凸形转变为下凹形，无法形成向上的射流。奇异射流主要发生于Re在700～1 000的区域，且在该区间内奇异射流发生的We数区域较宽，可为液滴动力学行为调控提供理论依据。     

液化石油气罐车节水清洗的射流参数研究

通过对液化石油气(LPG)罐车内壁污垢的形成机制及物性参数研究,确定了上下层污垢的主要组成成分,并提出了一种可有效降低除垢射流门限压力的新型节水节能清洗方式。采用建立除垢力学模型加实验验证的方法确定了最佳射流水力参数。借助FLUENT流体仿真分析软件,对不同射流靶距和入射角度下的射流打击力进行了对比试验研究,优选出可发挥高压水射流最大清洗效率的靶距为85 mm,入射角为10°,为后续节水清洗新技术的深入研究提供了一定的理论基础,并对相应清洗系统与设备的研发具有一定的参考价值。     

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。     

3500mm炉卷轧机高压水除鳞系统射流参数设计

介绍了高压水除鳞机理,分析了各种参数对高压水除鳞效果的影响,提出了射流参数计算公式,并通过计算机软件进行模拟分析,验证了计算公式的正确性。在此基础上,确定了满足轧制工艺要求的3 500 mm炉卷轧机高压水除鳞系统的射流参数。     

304不锈钢水射流强化工艺的多目标优化设计

目的得到水射流强化技术工艺参数(水压、靶距、速度、进给量)对304不锈钢表层性能指标(残余应力、硬度和粗糙度)的影响程度。方法采用X射线残余应力分析仪、三维形貌仪和显微硬度计,分别测试304不锈钢水射流后表面的残余应力、粗糙度和显微硬度值。利用显著性方法分析正交试验结果,并通过多目标优化设计对不同水射流工艺参数下的强化效果进行综合性研究。结果影响304不锈钢表层性能指标的水射流工艺参数由强到弱的顺序依次为:进给量、水压、速度和靶距。经过多目标优化设计,得到了304不锈钢水射流强化工艺参数的最佳组合:水压300 MPa,靶距15 mm,速度400 mm/min,进给量0.125 mm。结论水射流工艺参数的制定主要考虑进给量和水压两者的影响,而速度和靶距对表层性能指标的影响较小。     

高压水射流喷丸强化技术

基于组织结构和力学行为分析了高压水射流喷丸强化的机理,给出了各种射流形式喷丸强化的作用效果,提出了前混合水射流和前混合自激振荡水射流喷丸强化的新方法.研究表明,高压水射流喷丸强化技术先进、优势明显,具有广阔的应用前景.