结构及参数对高压水除鳞喷嘴性能的影响分析及优化

发布时间：2020-10-26 20:55

　　 钢材热轧前会先进行加热其表面会生成一层氧化铁皮,这层铁皮被称为鳞皮。鳞皮会影响热轧的质量,因此必须在轧制之前将其除去。高压水除鳞技术是利用高压水的机械冲击力来去除钢材表面的鳞皮,这是钢厂中通行有效的除鳞方式。除鳞喷嘴是高压水流的发生装置,喷嘴的射流性能会直接影响钢材的除鳞质量。因此,本文通过研究除鳞喷嘴的内外流场性能来讨论其改良的方案,使喷嘴获得更好的动压分布以提升其除鳞的能力,同时提升喷嘴自身的使用寿命。本文研究内容主要包括:(1)以原始喷嘴流场模型为研究对象,通过Fluent流场分析,探讨了原始喷嘴的外流场特性。给出了最佳靶距的选择依据,分析了导流器的作用。(2)以计算流体动力学软件Fluent为基本工具,探讨不同相贯深度、不同收缩孔口形式和不同切槽形式除鳞喷嘴的外流场特性。以相同靶距的打击力作用线长度、出流口总动压和质量流量为主要指标,研究了上述变量各自对喷嘴射流性能的影响。(3)利用Fluent中的冲蚀模型和离散相模型研究了喷嘴收缩孔口结构对其出流口冲蚀磨损的影响,并给出了改进方案。利用Fluent中的用户自定义函数做出了喷嘴的空化数云图,发现出流口附近是除鳞喷嘴空蚀磨损最严重的区域。(4)根据二次回归的均匀精度旋转中心组合设计了试验,利用多元二次非线性回归的手段拟合了原始喷嘴的出流口面积、孔口收缩角和切槽扩张角与喷嘴外流场特性之间的函数关系。并利用响应面分析的方法探讨了上述自变量两两之间的变化关系。最终在原始喷嘴的基础上给出了综合性的喷嘴改良方案。
【学位单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG333
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国内研究现状
        1.2.2 国外研究现状
    1.3 课题研究内容
第2章 喷嘴模型的流场分析
    2.1 钢材热轧过程中的除鳞简介
        2.1.1 鳞皮的组成和结构
        2.1.2 常见除鳞方法
        2.1.3 高压水除鳞原理
        2.1.4 高压水除鳞喷嘴结构
    2.2 高压水射流喷嘴关键参数的计算
        2.2.1 流量与出口射流速度的计算
        2.2.2 打击力的计算
        2.2.3 射流动压的计算
    2.3 数值模拟过程简介
        2.3.1 喷嘴网格划分
        2.3.2 流场基本设置
        2.3.3 湍流模型选择
        2.3.4 其它各项设置
    2.4 流场仿真结果
        2.4.1 速度和水体积分布
        2.4.2 动压分布
    2.5 最佳靶距选择
    2.6 导流器的影响
    2.7 本章小结
第3章 不同结构喷嘴射流性能的研究
    3.1 相贯深度对射流的影响
        3.1.1 速度分布
        3.1.2 水体积分数分布
        3.1.3 动压分布
    3.2 不同收缩孔口喷嘴的流场分析
        3.2.1 速度分布
        3.2.2 水体积分数分布
        3.2.3 动压分布
        3.2.4 出口质量流量分析
    3.3 不同切槽喷嘴的流场分析
        3.3.1 速度分布
        3.3.2 水体积分布
        3.3.3 动压分布
        3.3.4 质量流量分布
    3.4 本章小结
第4章 喷嘴失效分析
    4.1 冲蚀磨损
        4.1.1 冲蚀磨损数学模型
        4.1.2 不同结构喷嘴冲蚀磨损分析
    4.2 空蚀效应
        4.2.1 空蚀效应数学模型
        4.2.2 不同结构喷嘴空化分析
    4.3 疲劳损坏
    4.4 本章小结
第5章 喷嘴参数的回归设计与响应面法优化
    5.1 回归设计
        5.1.1 编码变换
        5.1.2 试验设计与数据整理
    5.2 质量流量对各因素的响应分析
        5.2.1 回归分析
        5.2.2 质量流量响应面分析
    5.3 打击面总动压对各因素的响应分析
        5.3.1 回归分析
        5.3.2 打击面总动压的响应面分析
    5.4 喷射角对各因素的响应面分析
        5.4.1 回归分析
        5.4.2 喷射角的响应面分析
    5.5 综合各因素的喷嘴优化
        5.5.1 优化模型
        5.5.2 优化前后速度分布对比
        5.5.3 优化前后动压分布对比
        5.5.4 优化前后射流参数对比
    5.6 本章小结
第6章 喷嘴喷射角的实验研究
    6.1 实验设备与实验方案
        6.1.1 动力设备
        6.1.2 喷嘴实验台
        6.1.3 实验方案
    6.2 实验结果分析
        6.2.1 出流孔口面积对喷射角影响的分析
        6.2.2 人字型切槽对喷射角影响的分析
        6.2.3 U型收缩孔口对喷射角影响的分析
        6.2.4 原喷嘴与优化喷嘴实验结果对比
    6.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务及主要成果
致谢

【参考文献】

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本文编号：2857517