高压水射流矿物粉碎喷嘴的数值模拟研究

发布时间：2021-07-02 23:59

　　白云鄂博稀土矿在中试化生产阶段采用高压水射流技术进行矿物粉碎时,所使用的锥直型喷嘴能量转化效率仅仅只有46%。喷嘴作为水射流系统的核心部件,对矿物粉碎效果起到至关重要的作用,针对水射流喷嘴能量转化效率低的问题,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,即在流体力学的三大方程、伯努利方程和有限单元法等理论的基础上,设计了正交试验对喷嘴进行结构参数优化。利用Autocad和NXUG软件建立喷嘴二维和三维模型,通过Ansys ICEM建立喷嘴的网格模型,最后使用Ansys Fluent软件对喷嘴内外流场和射流特性进行系统的模拟仿真研究。首先从众多的函数曲线中筛选出6种流线型曲线,作为高压水射流矿物粉碎喷嘴的过渡段流道轮廓曲线,运用模拟仿真软件得到锥直型和6种不同轮廓曲线喷嘴的静压力、速度和湍流云图,以此分析喷嘴的射流特性和计算其能量转化效率。通过对比分析,在7种喷嘴中高斯曲线型喷嘴具有水流速度高,压力低和紊流能量小的特点,平均速度达到255.85m/s,其能量转化效率达到83.65%。为了进一步提高高斯曲线型喷嘴的综合性能,采用正交试验法对喷嘴入口段、收缩段和出口段进行优化,结果表明:喷嘴收缩段长... 

【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

水射流系统图

内蒙古科技大学硕士学位论文-7-图2.1水射流过程中的水楔作用2.1高压水射流分类与应用2.1.1纯水射流概述纯水射流的工作介质为纯水，没有任何磨料或添加剂，高压柱塞泵作为动力源，并通过喷嘴产生具有高能量且具有特定形态的水射流[16]。随着探究与运用的持续深入，不同射流类型陆续出现。针对水射流可按所受压力的大孝工作与环境的介质、固壁条件和流体特性等方面进行归类。受到的压力在0.5-35MPa属于低压、35-140MPa属于高压、140-420MPa属于超高压；针对工作和环境介质分类，可分为淹没射流和非淹没射流。当射流的工作介质与环境介质相同时，这种射流称为淹没射流，否则称为非淹没射流。射流按作业环境内有无固体壁面的限制，可分为自由射流与非自由射流。射流按流体特性由可分为定常射流和非定常射流，流场中的质点的流动参数与时间无关的流动称为定常流动。反之，为非定常流动，此中定常射流必然是连续射流，而非定常射流是连续射流或非连续射流。2.1.2高压水射流的应用高压水射流是一种冷加工方式，由于其工作介质是水或简单的磨料，便于获取，成本低且消耗量较小；可实现自动、灵活和一体化操作；生产安全，能够适应较差的工作环境，无污染；粉碎矿物快、降低粉碎能耗和可以制备高质量的矿物磨料，同时适用于各个领域；1）粉碎云母：能满足细度和保护云母片状结构和晶面光泽度。

内蒙古科技大学硕士学位论文-9-图2.2前混合高压水射流系统二维图后混合式水高压射流系统的磨料颗粒主要依靠磨料入口和混合腔之间产生的压差（高压水通过喷嘴而形成高速射流,并在混合腔内产生一定的真空）和其自重的共同作用下进入混合腔，并与水射流进行紊动扩散和渗混，再进入聚焦管加速射出[17]。但是前混合方式不能连续作业、喷嘴容易堵塞和整个设备系统更为复杂，喷嘴的磨损程度加快，更换较为频繁等等的缺点，相比较而言，后混合式具有结构简单，连续工作，操作简单的优点。所以本文采用后混合式高压水射流系统，如图2.3所示。图2.3后混合式高压水射流系统二维图高压水射流设备主要包含供水系统、增压系统、高压水路系统、磨料进给系统、接收装置和高压水射流喷嘴装置等。


本文编号：3261437