前混合磨料水射流磨料混合腔流固耦合分析

基于Solidworks软件对用于水射流切割机中的前混合磨料水射流磨料混合腔进行建模,结合流固耦合分析原理,利用Fluent软件进行混合腔腔体内部流场的数值模拟分析.比较腔体内部流场均匀性受侧进式进料方式和中进式进料方式的影响程度,分析高压水的入口角度、腔体收缩锥角度、磨料混合腔直径以及高压水入口位置对中进式进料方式腔体内部流场均匀性的影响.结果表明:在以相同进料速度进料时,中进式的出口磨料平均速度较侧进式要更高一些,更有利于磨料的充分加速;当高压水入口角度为37.5°,收缩锥角度为45°,磨料混合腔直径为50 mm,高压水入口位置为80 mm时流场的均匀性最佳.     

新型后混合磨料水射流喷嘴流场均匀性分析

针对目前后混合磨料喷嘴流场不均匀性问题，利用FLUENT仿真软件，对一种新型后混合磨料水射流喷嘴内部流场进行三维数值模拟. 通过比较喷嘴内部有无圆锥挡板的内部流场，分析圆锥挡板对流场均匀性的影响. 分析不同参数圆锥挡板喷嘴的喷射效果，得出新型后混合磨料水射流喷嘴不同参数结构对内部流场均匀性的影响规律，来提高后混合磨料水射流喷嘴中水和磨料混合均匀性. 分析结果表明：在保证出口仍具有较高速度的情况下，增大缩口直径，可以降低混合腔空气压力，改善液体在腔内聚集现象. 在此基础上，向混合腔中加入二次B样条曲线形状的圆锥挡板，当磨料入口采用斜入式与喷嘴轴线成45°时，出口体积分数最接近15%，体积分数波动最小，磨料与水混合均匀性大大提高. 通过正交试验分析多参数对磨料均匀性的影响，得到最优的结构参数.     

四支管钢板控冷结构喷嘴管出口流量均匀性

利用有限元耦合场数值模拟计算方法,对钢板控冷设备中四支管结构管路的流场进行了三维稳态数值模拟,分析了喷嘴管直径、喷嘴管高度、支管直径以及入口管进水流速等参数对各喷嘴管出口流量均匀性的影响. 模拟结果表明:喷嘴管直径、支管直径、入口管进水流速对各喷嘴管出口流量均匀性影响较大,而喷嘴管高度对各喷嘴管出口流量均匀性影响较小.     

基于Fluent的清洗道路标线喷嘴的仿真分析

为了研究高压水射流清洗道路标线的效果,利用Fluent软件对清洗道路标线的喷嘴进行模拟仿真分析.研究了高压水射流喷嘴不同入口压力、不同入口直径、不同收缩角和不同冲击角度对清洗效果的影响.最终选择喷嘴出口直径d=1 mm,入口直径D=5 mm,收缩角α=30°,长径比l/d=3,用来建立喷嘴内外流场的仿真模型.结果表明:在入口压力为100 MPa和冲击角度为30°的条件下,沿着路面方向的高压水射流具有更大的能量和速度,能够较好的清洗路面标线.     

高压除鳞喷嘴内部流场数值模拟与仿真分析

针对目前工厂广泛使用的高压除鳞喷嘴,应用前处理软件Gambit建立其内部流畅的三维模型,采用Fluent软件提供的Laminar层流模型对不同结构参数的喷嘴内部不可压缩、稳态、层流流场进行了数值模拟,并分析了各参数对其流场速度分布、压力分布和出口轴心速度的影响.仿真值与理论计算值十分接近,数值模拟结果表明,喷嘴收缩角和直径对其内部流场影响较大,而扩张角对其内部流场影响相对较小,但各参数都存在最优值,且各参数之间也存在着最优搭配使射流打击效果最好.     

淹没条件下长圆喷嘴流场数值模拟

为了提高径向水平井扩孔效率,将长圆喷嘴引入磨料射流扩孔技术,建立射流流场的流动控制方程,结合Realizable k-ε模型对方程组进行求解,并将结果与锥形喷嘴射流结果进行对比.结果表明:长圆喷嘴射流具有一定的扩散性,且短轴剖面上的扩散角比长轴剖面上大;喷嘴内射流速度及出口速度随长宽比增大而减小,随出口直径增加而增加;在喷嘴入口速度和出口直径相同的情况下,长圆喷嘴出口速度小于锥形喷嘴;无因次喷距大于11.3时,长圆喷嘴外射流轴线速度大于锥形喷嘴的;射流出口断面宽度随喷距增大而增大,在相同条件下长圆喷嘴扩孔宽度大于锥形喷嘴,且射流具有自模性;数值计算结果与磨料射流扩孔试验结果基本吻合.     

基于数值模拟的高压磨料射流喷嘴流场分析及结构优化

为得到高压磨料射流喷嘴内部水流和磨料颗粒运动分布的最佳特性,本文基于二相流理论,利用数值模拟方法研究了高压喷嘴内部混合水相的速度及湍流强度分布,重点分析了磨料入口位置对喷嘴出口处磨料颗粒收束性及喷嘴内壁面磨损状况的影响,并提出了减轻壁面磨损的改进措施。结果表明,距喷嘴中心轴线距离越远,喷嘴内部混合水相的湍流强度越低,但由于磨料入口处存在旋涡,混合水相速度则随之先降低后升高。随着磨料入口位置越靠近高压水入口,出口处磨料的收束性呈现先变好后变差的趋势,磨料颗粒则会大量聚集于磨料入口与上壁面交界处,造成喷嘴内壁磨损,此时可通过在后壁面和上下壁面使用圆角过渡来改善射流流向,进而减少聚集处磨料颗粒的体积分数。     

不同混合方式下磨料射流喷嘴内流场仿真

为研究磨料射流在喷嘴内动力耗散及流场分布,获得合理磨料混合方式,在一定假设条件下,采用湍流RNG数学模型,利用ANSYS FLUID 有限元分析软件模拟了两种混合方式下喷嘴内射流流场;在模型参数及初始条件相同的情况下,分析和比较了两种流场的速度、能量变化规律.模拟结果表明,前混合式喷嘴内速度场分布均匀,紊流强度小,出口具有较高动能;后混合式喷嘴内由于涡旋的形成损耗了部分能量,出口速度和动能明显降低.通过对比分析,前混合式磨料射流在煤岩钻孔及割缝上是较为合理的方式.     

前混合磨料水射流连续加料系统设计与实验研究

针对现有前混合磨料射流系统不能实现磨料连续供给的问题,提出利用射流泵原理抽吸和混合磨料实现连续加料的新思路,即利用有压水从射流泵喷嘴以一定速度喷出而引起的负压场卷吸磨料进入射流泵内的混合腔,并与水混合后经喉管和扩散管进入高压胶管,最后经切割喷嘴加速后喷出,形成连续磨料水射流。为使系统性能最优,分析了连续加料系统的结构组成及工作原理,并设计了系统的结构与尺寸;运用数值模拟方法对影响连续加料与射流性能的主要因素——切割喷嘴与射流泵喷嘴面积比进行优化设计,分析了其对系统性能的影响规律,确定了其最优取值范围;通过室内压力测试、连续加砂及切割试验对系统性能进行了验证,结果表明,在合适的面积比结构下,该连续加砂系统在磨料入口能形成负压及足够的压力梯度,将磨料吸入并加速,且在切割喷嘴端仍然保留足够的静压转化为动能,实现前混合磨料水射流的连续高效作业。     

淹没条件下长圆喷嘴流场数值模拟

为了提高径向水平井扩孔效率,将长圆喷嘴引入磨料射流扩孔技术,建立射流流场的流动控制方程,结合Real-izable k-ε模型对方程组进行求解,并将结果与锥形喷嘴射流结果进行对比。结果表明:长圆喷嘴射流具有一定的扩散性,且短轴剖面上的扩散角比长轴剖面上大;喷嘴内射流速度及出口速度随长宽比增大而减小,随出口直径增加而增加;在喷嘴入口速度和出口直径相同的情况下,长圆喷嘴出口速度小于锥形喷嘴;无因次喷距大于11.3时,长圆喷嘴外射流轴线速度大于锥形喷嘴的;射流出口断面宽度随喷距增大而增大,在相同条件下长圆喷嘴扩孔宽度大于锥形喷嘴,且射流具有自模性;数值计算结果与磨料射流扩孔试验结果基本吻合。     

喷嘴雾化性能测试实验及计算机模拟

雾化喷嘴广泛应用于各类喷雾式反应装置中。为了获得具备高效雾化性能的喷嘴结构形式,设计搭建了一套喷嘴雾化性能测试实验系统,并结合CFX软件对三种不同结构形式的压力旋流式喷嘴的雾化特性进行实验分析和内部流场数值模拟。研究结果表明螺旋槽式喷嘴的雾滴平均直径SMD较小,喷雾锥角适中,且喷嘴出口速度分布均匀,能够形成喷雾质量较好的实心锥喷雾。     

拉幅定型机烘箱内风道的数值模拟与结构优化

为改善拉幅定型机烘箱内风道的气流分布和喷嘴出口速度不均匀的现象,采用Fluent 14.5软件对风道的流场和压力场进行数值模拟,分析风道的速度矢量图,计算不同位置喷嘴的出口速度.模拟计算结果表明:在风道内等间距安装5块倾斜角为4°的导流板,并调整风道锥角为3°时,可以很大程度改善风道内气流分布和喷嘴出口速度的均匀性,结构优化也较为合理可行.     

水射流扩孔喷嘴内部流场的数值模拟

利用计算流体软件建立了土层扩孔喷嘴内部流场的三维数学模型.采用标准k-ε湍流模型模拟了喷嘴内部流场,并分析了喷嘴参数对流场速度分布、压力分布和出口速度的影响.结果表明,扩散角和扩散段长度对喷嘴内部流场影响较大,圆柱段长度的影响相对较小,但各参数都存在着最优值.计算结果与室内实验基本吻合,验证了喷嘴内流场分布与射流土层打击效果存在着内在联系.     

水压锥阀内流场的数值模拟

在大雷诺数下应用雷诺应力湍流模型和计算流体力学方法对锥阀的内部流场进行数值仿真计算,着重研究阀的结构参数、入口压力、出口压力、阀口开度等对锥阀流场的影响.研究结果表明:阀的结构参数对流场的分布和气穴的产生有较大的影响.同时随着阀口开度、入口压力的增加,低压区逐渐扩大,压力逐渐下降,产生气穴的区域也随着扩大;而随着出口压力的升高,低压区的压力也逐渐升高,产生气穴的区域也逐渐缩小,对气穴有一定的抑制作用.     

基于流固耦合的净化器内流场与热应力分析

运用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,分析了锥形扩张管与喇叭形扩张管净化器的内部流场.结果显示:锥形扩张管的内流场均匀性比喇叭形扩张管低;采用喇叭形扩张管可降低扩张段流体与壁面的分离程度,使涡流区域及湍动能耗散减少,净化器内部流场分布均匀性得以改善.基于无化学反应的耦合数值模拟发现,净化器进出气端锥所受热应力较大,而段管壳上较小;喇叭形扩张管净化器对改善净化器内部流场均匀性有利,但载体入口直管壳体周向温度分布不均匀和温度梯度大,导致喇叭形扩张管净化器进出气端锥热应力和变形大于锥形扩张管净化器进出气端锥.     

基于VOF方法数值模拟离心式喷嘴内两相流流动

离心式喷嘴内的气液两相流动是影响喷嘴雾化特性的重要因素.利用FLUENT软件,基于VOF(volume-of-fluid)方法对离心式喷嘴内的气液两相流动进行三维数值模拟.模拟计算很好地捕获了燃油在离心式喷嘴内所形成的空气涡及雾化锥角,所得的喷嘴内压力分布、相分布与雾化锥角反映出该离心式喷嘴内流动特点,并与试验结果吻合较好.同时还计算了不同入口压力下喷嘴出口处的速度与雾化锥角,结果表明,随着入口压力的增加喷嘴出口速度增加,但对喷嘴雾化角影响较小.因此,数值模拟方法为离心式喷嘴的设计与雾化性能预报提供了必要的边界条件与理论基础.     

水能切割废钢喷嘴的设计与实验研究

喷嘴是水射流切割系统的关键元件，通过研究一级喷嘴直径、二级喷嘴直径、混合腔直径和喉管距、系统工作压力、磨料直径大小等对轴向射流速度的影响，为水切割喷嘴的优化设计奠定了基础，其结果可为高压水切割工具的设计提供参考依据。     

新型气溶性射流喷嘴设计与数值模拟

针对传统高压水射流清洗耗水量大,能耗和运营费用高、清洗后的废液需要处理才能达到环保要求的缺陷,提出了新型射流清洗方式—气溶性射流.对新型气溶性射流喷嘴进行了结构设计,得到了喷嘴混合室直径、喉部直径、出口直径、收缩段长度以及扩张段长度等关键参数,并对新型喷嘴内外气液二相流场进行了深入计算与分析.结果表明,气液二相流雾滴在喷嘴轴线上速率随气流入口压力增大而增大,在喷嘴喉部速率变化率最大,在喷嘴出口处速率达到最大;当扩散角为10°时,射流扩散较慢,内部扰动和摩擦损失较小;当收缩角为30°时,气液二相流流动性较好,能量损失较小;粒径较小雾滴沿轴线方向速率变化较大,当喷射距离为35mm时,气液二相流雾滴速率达到最大值.     

底流口直径和锥角对旋流器流场的影响

利用计算流体力学的原理与方法,在底流口直径和锥角的多个水平下对旋流器内部流场进行了数值模拟,以揭示两因素对旋流器流场的影响.结果表明:增大底流口直径,流场内的流速降低,轴向零速包络面向上收缩;增大锥角后,轴向零速包络面的大小相应改变;锥角越小,底流口直径对轴向零速包络面内速度场的影响越小,故对改善分选效果的作用也越不明显;增大底流口直径,旋流器内流场的压强降低,但底流口区域内的压强梯度增大,而锥角不同,其变化程度有所不同,这从某些程度上体现了两因素对旋流器流场的交互影响.     

先进冷却系统供水管路及喷嘴集管出口流速均匀性研究

根据现场实测数据对先进冷却系统(ADCOS)喷嘴集管及供水管路流场进行有限元计算,对流量分配管和喷嘴供水管在不同直径、不同入口流速条件下的流体状态进行了对比分析,得到了满足喷嘴集管需求的喷嘴供水管直径,为喷嘴集管的入口流态均匀性提供了保证,并研究了在此入口条件下具备多层阻尼结构的喷嘴集管的稳态流场状态,经过对喷嘴出口流速数据进行分析,可看出在设备能力区间,喷嘴集管出口流速具有良好的均匀性,标准差最大为02692,最小为00982.