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《水射流切割噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)值模擬優(yōu)化.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、2014年1O月機床與液壓Oct．2014第42卷第l9期MACHINETOOL＆HYDRAULICSVo1．42No．19DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2014．19．029水射流切割噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)值模擬優(yōu)化張陽(中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西西安710054)摘要：應用FLUENT模擬軟件對影響噴嘴射流切割特性的噴嘴圓錐段收縮角、圓柱段出口直徑及長徑比進行了數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明：出口直徑為2mm、長徑比為2、收縮角為10。的噴嘴軸向速度和射流沖擊能量最大，切割能力最好；射流軸向速度在噴嘴圓錐收縮段急
2、劇增加，在圓柱段先增加后減?。簧淞鳑_擊切割能量的最大值不是分布在沖擊面上噴嘴對應的軸心處，而是在其半徑方向的某一圓周上。關(guān)鍵詞：數(shù)值模擬；噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)；收縮角；噴嘴直徑；長徑比中圖分類號：TD231．42文獻標識碼：A文章編號：100l一3881(2014)19—110—3StructureParameterOptimizationofWaterJetCuttingNozzlebyNumericalSimulationZHANGYang(CCTEGXi’anResearchInstituteCo．，Ltd．，Xi’anShaanxi710
3、054．China)Abstract：Contractangleofconesegment，outletdiameterandlength—diameterratioofcylindersegmentinfluencedthejetcuttingpropertyofnozzlewerestudiedbynumericalsimulationusingsimulationFLUENT．Theresultsshowthat：nozzlewithoutletdiameteras2mm，length-diameterratioas2andcont
4、ractangleas10degree，hasthehighestaxialvelocityandlargestimpactenergy，aswellasgreatestcuttingcapability．Jetaxialvelocityincreasesrapidlyalongtheconecontractsegmentofnozzle，butincreasesfirstandthende—creasesalongthecylindersegment．Thelargestvalueofcuttingenergyofjetimpactdo
5、esnotdistributeattheaxiscenteroftheimpactplane，butonacircumferencealongtheradiusdirectionrespondingtothenozzle．Keywords：Numericalsimulation；Structureparameterofnozzle；Contractangle；Nozzlediameter；Length—diameterratioO前言如果采用試驗的研究方法，需要加工大量不同參水射流切割技術(shù)具有高速、高能、無污染的特數(shù)的噴嘴，成本較大，且射
6、流流場特性的測量也存性，廣泛用于石油開采、煤礦安全、機械切割、清洗在較大的難度。而CFD數(shù)值模擬技術(shù)很好地避免了等領(lǐng)域。而作為水射流切割設備中最重要的終端執(zhí)行這些問題，通過FLUENT模擬不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的噴元件的噴嘴，其結(jié)構(gòu)參數(shù)將最終決定水射流切割性能嘴對應的射流特性，能夠定量地捕捉射流的速度的優(yōu)劣。場、壓力場，通過對比優(yōu)化可獲得最優(yōu)的噴嘴結(jié)構(gòu)目前最常用的噴嘴結(jié)構(gòu)為圓錐型，對應的結(jié)構(gòu)參數(shù)。參數(shù)如圖1所示，圖中O／為圓錐段收縮角，D為圓柱1CFD數(shù)值模擬模型的建立段直徑，為圓柱段長度，是影響噴嘴射流切割性能CFD技術(shù)就是通過數(shù)值計算方法對流體
7、力學的最關(guān)鍵的3個參數(shù)。采用數(shù)值模擬的方法確定上述控制方程(包括動量守恒方程、能量守恒方程、連噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)對射流流場特性的影響規(guī)律，進而優(yōu)化續(xù)性方程及，c—s方程等)進行求解，進而預測流場獲得最優(yōu)的噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)在最小能耗下獲得的流動特性，目前比較常用的CFD軟件有FLUENT、最優(yōu)的水射流切割能力的目標，滿足節(jié)能減排的要求。CFX、PHOENICS等。文中采用FLUENT軟件進行模擬，選擇氣一液兩相VOF模型，按等溫不可壓縮湍流模型處理，并選用三維N．S方程作為連續(xù)相控制方程，由于在時均化處理后產(chǎn)生了附加雷諾應力項，造成方程不封
8、閉，因圖1圓錐型噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖此，補充標準，c一兩方程湍流模型來解決方程的封收稿日期：2013—08—26基金項目：國家科技重大專項項目(2011ZX05041—003)；國家自然科學青年基金
