基于数值模拟的高压磨料射流喷嘴流场分析及结构优化

发布时间：2025-04-18 04:21

　　 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。

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【部分图文】：

图1 高压喷嘴内部结构示意图

高压喷嘴几何模型的建立参照文献[5],由于喷嘴内部细节较为复杂,故适当地进行简化处理(如不考虑对实验结果影响较小的界面间转角处圆角等因素)。图2所示为高压喷嘴中心截面图,图中,L表示磨料入口与收缩区间距(即磨料入口位置),高压水入口内径D1为0.33mm,磨料入口内径D2为3....

图2 喷嘴中心截面图

图1高压喷嘴内部结构示意图根据文献[5]中对磨料颗粒运动轨迹的分析可知,磨料颗粒的运动流线与中心轴线在同一平面内,即磨料颗粒在水流的带动下沿截面向喷嘴尾部运动,然后汇入水流核心,极少会向截面外运动,因此,利用二维截面模型即可得到较为可信的结果。另外,由于喷嘴结构具有对称性,为便....

图3 喷嘴网格划分图

根据文献[5]中对磨料颗粒运动轨迹的分析可知,磨料颗粒的运动流线与中心轴线在同一平面内,即磨料颗粒在水流的带动下沿截面向喷嘴尾部运动,然后汇入水流核心,极少会向截面外运动,因此,利用二维截面模型即可得到较为可信的结果。另外,由于喷嘴结构具有对称性,为便于计算,特取模型截面轴对称结....

图4 混合水相流场速度和湍流强度云图

本研究中高压喷嘴内部结构未发生较大变化,仅改变磨料入口位置L对混合水相速度和湍流强度变化趋势的影响不大[8-9],故仅以L=2.5mm时为例,模型中稳态混合水相流场分布云图如图4所示。根据喷嘴模型,以中心轴高压水流入口处对应点为原点建立笛卡尔直角坐标系,如图5所示,沿Y轴方向等....

本文编号：4040520