应用仿真技术优化磨料水喷嘴内部结构.pdfVIP

学兔兔 应用仿真技术优化磨料水喷嘴内部结构水 口 张凤莲 口 朱 静 口 王 钧z 1．大连交通大学 机械工程学院 辽宁大连 l16028 2．西门子工厂自动化工程有限公司 辽宁大连 116085 摘 要：研究了液固两相流在磨料水喷嘴中的流动仿真、计算粒子速度、描述粒子运动轨迹：为了优化磨料水喷嘴结 构参数，研究分析了具有不同长度和锥形入口角的磨料水喷嘴。 关键词：磨料水喷嘴 切割效率 切割质量 流动仿真 中图分类号：TH123；TG664 文献标识码：A 文章编号：1000—4998(2013、12—0010—03 1 仿真的目的和意义 2 有限元模型 通过计算机技术研究磨料水喷嘴内 “水一粒子”混 磨料水喷 嘴 合流的特性是非常有价值的。它可以应用理论和实验 结 构 如 图 1所 相结合 的方法来优化磨料水喷嘴结构 。本文主要研究 示 ．它的 内部结 在磨料水射流加工系统 中，磨料水射流通过磨料水喷 构 非 常 简单 ，就 嘴时 。液固两相流的液体动态 。因为在磨料水喷嘴内液 是 由锥状入 口和 固两相流的流速很高 、距离很短 ．测量非 常困难 ．所 以 柱状 出口组成。用 GAMBIT建立计算 区域和指定边界 评价湍流的理论方法和研究磨料水射流在喷嘴中的实 条件类型 ，本文研究的液固两相是液体相的动态驱动 际动态是非常值得的。用 Fluent软件对磨料水喷嘴内 使磨料粒子运动。 部两相流进行仿真 ，用标准的 k一 湍流模型，研究磨料 2．1 磨料水喷嘴 内液 固两相流的物理模型 水喷嘴几何形状对两相流动态特性 的影响。这种模型 因为喷嘴的结构和湍流射流都是关于轴对称的， 技术将辅助设计磨料水喷嘴和预测射流切割性能。 数值模拟的模型只需解决流域的上半部分。通过对实 磨料水喷嘴 内部结构简单 ，直径很小 ，且磨料与水 验观察 ．对磨料水喷嘴内液固两相流作如下假设 ： 混合并高速流动，对磨料水喷嘴会造成剧烈磨损。为了 (1)水作为连续介质，为不可压缩流体； 预测磨料水射流 的切割性能和其对磨料水喷嘴的磨损 (2)固体颗粒可看作刚性等直径的球形小颗粒 ， 机理，必须要知道粒子在磨料水喷嘴中的速度和轨迹。 且液固两相间无质量交换： 计算流体动力学(CFD)分析特别有用 ，因为在磨料水 (3)液固两相与外界无热量交换 ，且温度不变； 喷嘴中的速度如此高，空间如此小 。直接测量粒子速度 (4)液固两相流是定常湍流流动。 和使粒子轨迹可见都非常困难，CFD分析不仅能提供 2．2 边界条件及网格划分 湍流液体流动的信息．还能提供磨料粒子在磨料水喷 对于结构对称 的磨料水喷嘴 ．选取一半作为计算 嘴中的信息…。 区域 ．入口为速度边界 ，出口为压力边界 ，壁面为无滑 移边界。颗粒在壁面处为安全弹性碰撞条件 ，采用壁面