高压水射流数值模拟研究及冲击载荷分析

发布时间：2021-09-30 22:11

　　针对不同工况的高压喷射流,利用VOF算法基于OpenFOAM开源平台开展流场模拟研究。模拟结果显示,当压差为10 MPa时,液核结构始终保持光滑的圆柱状轮廓,未发生雾化现象,靶件表面的压力分布及总打击力总体较为平稳;压差为30,50 MPa的工况均存在明显的一次雾化现象,液核表面形成坑洼不平的形貌特征,并产生众多小液滴散布于液核四周,喷雾锥角分别为1.2°和1.6°,广泛存在的压力波证实喷射流存在跨音速流动现象,在喷口出口处产生数量巨大的漩涡结构,靶件表面的压力分布变化剧烈,产生瞬时压力峰值,分别高达32.5,54.5 MPa,总打击力具有较大的波动趋势,其标准差为0.136和0.517。研究表明,雾化现象导致靶件表面的压力分布剧烈波动,诱发瞬时压力峰值并使总打击力剧烈波动,从而能够提升高压清洗效果。 

【文章来源】：液压与气动. 2020,(11)北大核心

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【部分图文】：

方孔模型

方孔不同截面处的流向速度分布及与实验测量的对比

使用OpenFOAM较为常用的PIMPLE算法进行时间步推进,相输运方程使用有界性较好的MULES显性算法求解,时间步离散使用二阶精度的backWard策略,对流项使用系数为0.5的Gamma离散策略。入口使用全压力边界条件,入口压力对应3个工况分别为11,31,51 MPa,出口使用非反射边界条件,出口压力均为1 MPa,因此3个工况的压差分别为10, 30, 50 MPa。其余边界设置为无滑移壁面。流场的几何尺寸如图4a所示,喷嘴的直径为0.3 mm,长度为4 mm,靶距为4 mm。图4b也展示了相应的网格模型,包含约400万网格单元。图4 水射流模型


本文编号：3416726