多物理场作用下磁场辅助微细磨料水射流流场数值模拟

为了解决磨料水射流加工过程中射流分散以及磨料分布随机的问题,采用在聚焦管处加入辅助磁场的方法。利用COMSOL Multiphysics软件数值模拟磁场辅助磨料水射流喷嘴内外在多物理场作用下流场分布规律,采用湍流、粒子追踪、磁场三模块分析磁性磨料在磁场、重力场、流场等多物理场作用下的运动状况,仿真结果表明:施加辅助磁场后,射流的发散性减弱,准直性增强,在磁场、重力场和流场的耦合作用下,微细磨料被约束在射流轴线附近,实现了磨料的聚集效应。模拟结果表明,辅助磁场有助于提高磨料水射流加工效率和加工表面质量。     

基于电磁感应原理的射流装置加速腔理论研究

根据电磁感应原理,设计电磁磨料浆体射流装置,对该装置的加速腔进行结构设计及参数计算,建立二维CAD模型图,并导入Gambit软件进行网格划分,后用Fluent软件对喷嘴外13 mm内的流体压力及速度分布情况进行模拟,并通过CFD-Post软件对模拟结果进行数据处理。通过分析,得出喷嘴外射流10 mm内的径向速度和压力分布趋势为先增大后减小,且在与喷嘴轴线的交叉处为最大值;喷嘴外射流10 mm内的轴向速度和压力分布为递减衰弱趋势,与相关文献相符,为进一步研究电磁磨料浆体射流奠定基础。     

磨料水射流喷嘴结构优化设计

为优化喷嘴结构,提高射流加工能力,文章首先从喷嘴的各主要参数入手,设计出几种不同结构的喷嘴,并建立各自的物理模型,然后分别对各喷嘴结构进行流场分析,找到最佳的喷嘴结构。研究表明:进出口比越大,射流出口速度越大,颗粒相速度也越大;磨料入口角度对磨料颗粒速度也有一定影响。     

在役油罐内壁除锈喷嘴外流场数值模拟

针对在役单层油罐改造成双层罐的除锈问题,选用磨料水射流喷嘴为研究对象,使用计算流体力学方法,进行了混合磨料水射流对油罐内壁除锈效果的数值模拟。以射流打击靶面的最大剪切力和冲蚀磨损率作为评价指标,研究结果表明:前混合磨料水射流达到相同的除锈效果相较于后混合磨料水射流所需的射流压力更低,射流入射压力为20 MPa时,除锈效果较理想且具有较好的经济性;剪切力在靶面上存在一个核心作用区,最大剪切力位置不在靶面中心处;冲蚀磨损率随磨料的体积浓度、磨料粒径、磨料密度的增大而增大,而最大壁面剪切力不随其增大而变化。     

基于Fluent的消防炮流线型喷嘴高度设计

根据流线型喷嘴流道的数学表达式,建立物理模型。根据实际项目中的设计参数,运用FLUENT分别对不同高度的流线型喷嘴进行数值模拟。通过分析喷嘴射流的速度场、压力场和湍动能等物理量的分布规律,研究不同高度对喷嘴射流性能的影响。研究结果表明:流线型喷嘴高度应在3.0d~3.5d之间取值为最佳,为流线型喷嘴高度的设计及其他喷嘴的结构参数设计提供参考。     

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.     

在役油罐内壁除锈喷嘴外流场数值模拟（英文）

针对在役单层油罐改造成双层罐的除锈问题,选用磨料水射流喷嘴为研究对象,使用计算流体力学方法,进行了混合磨料水射流对油罐内壁除锈效果的数值模拟。以射流打击靶面的最大剪切力和冲蚀磨损率作为评价指标,研究结果表明:前混合磨料水射流达到相同的除锈效果相较于后混合磨料水射流所需的射流压力更低,射流入射压力为20 MPa时,除锈效果较理想且具有较好的经济性;剪切力在靶面上存在一个核心作用区,最大剪切力位置不在靶面中心处;冲蚀磨损率随磨料的体积浓度、磨料粒径、磨料密度的增大而增大,而最大壁面剪切力不随其增大而变化。     

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。     

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。     

船舶喷涂机器人扇形喷嘴内射流模拟对比分析

通过对目前船厂船体喷涂工艺的分析,设计船舶喷涂机器人射流系统原理结构。扇形喷嘴是机器人喷涂新方案的关键部件,其内部流场特性的研究非常重要。以船厂目前常用的4种扇形喷嘴为例,应用CFD手段,根据流体理论建立数学模型,并根据应用现场实际,简化了物理模型,分别进行4种扇形喷嘴腔体内流场的数值模拟,并对比分析了4种扇形喷嘴轴心线上的压力变化曲线和速度变化曲线,得到4种扇形喷嘴各自的特性,为后续船舶喷涂机器人扇形喷嘴深度模拟提供参考。     

磁场辅助微细磨料水射流加工系统的研制

通过研制磁场辅助微细磨料水射流加工系统以提高微细磨料水射流加工的稳定性,增强磨料水射流的能量,提高其加工能力。该加工系统主要由多轴运动装置、磁场发生装置、气液增压系统、微细磨料混合装置及其控制系统组成。微细磨料水射流的增压系统采用气液增压方式;磨料供给装置采用前混合式;利用Ansys软件优化设计磁场分布,以便获得喷嘴内均匀分布的磁场;其控制系统主要以PLC为核心控制元件,实现对喷嘴的运动、磁场、系统供压、磨料供给等的集成控制。通过设计人机交互控制界面实现磁场辅助微细磨料水射流加工系统的在线操作及控制。     

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。     

基于ICEM CFD与ANSYS FLUENT的热力射流喷嘴流场分析

为了解喷嘴的内部结构对射流流场的影响,为选择合适的射流喷嘴提供依据,以锥形和锥直形喷嘴两种典型喷嘴为研究对象,根据计算流体力学（CFD）的基本理论,综合运用ICEM CFD网格划分与ANSYS FLUENT流体分析软件对锥形和锥直形喷嘴的射流流场进行分析。结果表明：在相同初始条件下,锥形喷嘴具有较大的出口速度,变化剧烈,射流的等速核长度较大;锥直形喷嘴的速度变化平稳,短管内由于颈缩现象易产生负压。通过试验,再次验证了仿真结果。     

Jet array driven flow on the nozzle plate of an inkjet printhead in deposition of molten nylon materials

During research into an inkjet-integrated manufacturing process, jetting of molten caprolactam was investigated using a piezoelectric drop-on-demand printhead. Due to the start-up purging step and the surface energy differences, a wetting melt layer on the printhead's nozzle plate was formed. With appropriate parameters, a stable jet array was made. However, contamination on the nozzle plate disturbed the jet stability resulting in jet trajectory errors and even jet failures. Particles were used to characterise the melt flow field on the nozzle plate during jetting when multiple nozzles were actuated. Particle tracking velocimetry revealed that movement of the particles followed a specific pattern when the jet array was developed. Flow pattern driven by an actuating nozzle influenced those of adjacent nozzles. The movement of particles towards and from the actuating nozzles was observed at the same time and position with velocities up to 2 mm/s. This showed that a complex flow system was generated on the nozzle plate during jetting with multiple nozzles which influenced the reliability of the inkjet printhead.     

磁场辅助微细磨料水射流脉冲式供料装置的设计

利用气压输送原理结合外加磁场辅助作用,设计了用于微细磨料水射流抛光加工用的供料装置,以实现微细磁性磨料供给的稳定性和可控性。磁场辅助微细磨料水射流脉冲式供料装置主要由料仓、气源、调压阀、截止阀、脉冲发射器、电磁控制器、供气管和供料管组成。其中该装置的调压阀与气源连接,控制输送气体的工作压力,工作气体通过管道由下而上进入料仓,将磨料在料仓内呈雾状并通过料仓出口流出,经由管路,流动到节流阀,通过脉冲发射装置控制节流阀动作频率和开合度,以便控制管道内的磨料流量,实现间歇性供料。输送的磨料受到喷嘴附近的磁场作用,磨料的速度和运动方向进一步调整至最佳,从而提高射流与磨料的混合质量。     

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。     

合金盘条高压磨料水射流除鳞系统实验研究

目的 对合金盘条高压磨料水射流除鳞系统进行优化.方法 建立一条合金盘条高压磨料水射流除鳞系统实验装置,研究材质、工作压力、喷嘴数量、移动速度、磨料浓度、靶距等参数对除鳞效果的影响;应用图像处理技术对除鳞效果量化为除净率并加以分析,采用MATLAB软件对系统压力、喷嘴数、移动速度、磨料浓度及靶距对除鳞效果进行拟合分析.结果 设计了年产5000吨合金盘条高压磨料水射流除鳞系统,参数为:额定压力45 MPa、额定流量10 m3/h、最大除鳞速度40 m/min、磨料质量分数35%、靶距20 mm、喷嘴12个.结论 高压磨料水射流除鳞系统能满足合金盘条除鳞的设计要求,应用前景广阔.     

Wear mechanisms of gradient ceramic nozzles in abrasive air-jet machining

The nozzle is the most critical part in abrasive air-jet machining equipment. Ceramics, being with high wear resistance, have great potential as abrasive air-jet nozzle materials. In this paper, a (W,Ti)C/SiC gradient ceramic composite was developed to be used as nozzle material. The erosion wear behavior of the (W,Ti)C/SiC gradient nozzle was investigated and compared with a conventional ceramic nozzle. Results showed that the gradient ceramic nozzles exhibited an apparent increase in erosion wear resistance over the conventional ceramic nozzles. The mechanism responsible was found to be that the tensile stresses at the entry region of the nozzle were greatly reduced when compared with the conventional nozzle. This effect may lead to an increase in resistance to fracture, and thus increase the erosion wear resistance of the gradient nozzle. It is indicated that gradient structures in ceramic nozzles are effective to improve the erosion wear resistance of conventional ceramic nozzles in abrasive air-jet machining.