小型高压自旋转喷头的结构研究及其参数优化

发布时间：2017-05-24 21:00

  本文关键词：小型高压自旋转喷头的结构研究及其参数优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文将以高压水射流清洁用自旋式喷头为研究对象,分析高压水射流的基本特性及自旋转喷头的结构特点,并建立3D模型,使用流体力学仿真软件Fluent来分析喷头内部的流场,改变相应自旋转喷头的关键结构参数,得到对应其内部射流流态、压力和速度等参数的影响规律。通过对比试验,比较分析了几种不同结构的自旋转喷头在相同工况下,分水盘出水口直径和转速之间的关系,收缩角和喷嘴出口速度以及压力的关系。最后经过优化分析,制作样品和安排测试,找到了最佳的方案,减小了振动,提高了射流打击力和工作效率,并通过寿命测试验证了设计的可靠性。论文的主要研究内容如下:(1)分析了喷头的结构特点和基本设计要求,以流体力学为基础,推导出射流旋转速度和喷射压力的计算公式,得到影响它们的主要设计参数,为喷头的结构优化提供理论依据。(2)通过对不同尺寸设计的分水盘和旋转喷嘴的流速和压力分析,得到了不同设计参数对转速和压力的影响趋势,并提出了分水盘和旋转喷嘴设计的优化方案,同时对优化后的分水盘和旋转喷嘴进行了速度矢量和压力分布分析,为后续设计提供了理论依据。(3)利用Fluent软件对分水盘和旋转喷嘴进行了流速和压力分析,得到了各种结构对应的转速和压力,和实测数据的变化趋势基本吻合,验证了Fluent分析结果的可靠性。(4)通过对喷头的实际测量和耐久测试,得到了在实际运行过程中数据的分布趋势,并将有限元分析结果和实验结果对比,有比较好的一致性,再次验证了Fluent分析方法在分析流速和压力分布上的可行性和准确性,最后通过45台常温水耐久测试,验证了优化后的喷头满足使用寿命提高20%,水射流打击力提高的设计要求。
【关键词】：喷嘴 自旋转喷头 脉冲水射流 数值模拟 结构优化
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH122
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 课题的研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 国内外水射流研究现状11-12
• 1.2.2 国内外喷嘴研究现状12-13
• 1.3 本文的主要研究内容13-15
• 第二章 水射流的基本特性和喷嘴设计的基础理论15-28
• 2.1 水射流的基本特性15-22
• 2.1.1 高压水射流的结构与特性15-16
• 2.1.2 水射流的清洗机理及影响因素16-17
• 2.1.3 流场基本理论17-18
• 2.1.4 高压水射流的基本参数18-22
• 2.2 喷嘴的性能要求22-23
• 2.3 喷嘴的设计23-27
• 2.3.1 喷嘴的结构型式23-24
• 2.3.2 喷嘴主要结构参数的选择24-26
• 2.3.3 有关喷嘴的计算26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 自旋转喷头的工作原理与结构设计28-35
• 3.1 自旋转喷头的设计28-30
• 3.1.1 自旋转喷头的设计要求28-29
• 3.1.2 市场上常见的自旋转喷头29
• 3.1.3 常见的自旋转喷头工作场合29-30
• 3.1.4 现有自旋转喷头存在的问题30
• 3.2 自旋转喷头的运动特性分析30-31
• 3.2.1 自旋转喷头和普通喷头的对比31
• 3.2.2 自旋转喷头的转速31
• 3.3 自旋转喷头的工作原理31-32
• 3.4 自旋转喷头的结构设计32-33
• 3.4.1 设计软件CATIA的简介32-33
• 3.4.2 自旋转喷头的结构设计33
• 3.5 本章小结33-35
• 第四章 基于FLUENT的自旋转喷头流场分析35-46
• 4.1 喷头内部旋转的流场分析和优化35-39
• 4.1.1 仿真软件GAMBIT和FLUENT简介35-36
• 4.1.2 物理模型的建立36
• 4.1.3 网格的划分36-37
• 4.1.4 边界条件的设置37
• 4.1.5 内部流场仿真37-39
• 4.1.6 内部流场仿真结果分析39
• 4.2 旋转喷嘴的分析和结构优化39-44
• 4.2.1 收缩角对喷射性能的影响40-41
• 4.2.2 网格的划分41-42
• 4.2.3 喷嘴仿真速度云图42-43
• 4.2.4 喷嘴仿真压力云图43-44
• 4.2.5 喷嘴仿真结果分析44
• 4.3 本章小结44-46
• 第五章 喷头的性能参数测量和寿命测试46-53
• 5.1 耐久寿命测试46-48
• 5.1.1 测试目的和内容46-47
• 5.1.2 测试条件47-48
• 5.1.3 测试步骤48
• 5.2 测试结果分析和改进48-52
• 5.2.1 现有产品的测试结果48
• 5.2.2 第一轮样品方案48-49
• 5.2.3 第一轮样品的测试结果分析49
• 5.2.4 第二轮改进方案49-50
• 5.2.5 第二轮改进方案测试结果分析50-51
• 5.2.6 第三轮改进方案51
• 5.2.7 第三轮改进方案测试结果分析51-52
• 5.3 最终优化方案的确定52
• 5.4 本章小结52-53
• 第六章 总结与展望53-55
• 6.1 总结53-54
• 6.2 展望54-55
• 参考文献55-59
• 攻读学位期间公开发表的论文59-60
• 致谢60-61

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