磨料水射流切割性能和噴嘴內(nèi)外流場(chǎng)的仿真研究.pdf

1、本文重點(diǎn)研究了磨料水射流加工工藝參數(shù)對(duì)大理石和陶瓷加工表面質(zhì)量的影響規(guī)律。利用多相流控制方程，基于FLUENT分析軟件，對(duì)磨料水(氣)射流噴嘴內(nèi)外多相流流場(chǎng)進(jìn)行了模擬仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 研究了磨料水射流加工工藝參數(shù)對(duì)大理石和陶瓷加工表面質(zhì)量的影響。結(jié)果表明，當(dāng)水壓力較大，切割速度較小時(shí)，余紋角度較小，靶距對(duì)余紋角度影響不大。當(dāng)水壓力較大，切割速度和靶距較小時(shí)，切口錐角較小。當(dāng)水壓力和靶距較小，切割速度較大時(shí)，

2、切割縫寬度較小。當(dāng)水壓力較大，切割速度和靶距較小時(shí)，光滑區(qū)較大。磨料流量越大，大理石的表面質(zhì)量越好。分析了磨料水射流加工陶瓷時(shí)的切割面，該面可分為組織損傷區(qū)、磨粒磨削區(qū)和余紋區(qū)，磨料水射流切割過(guò)程中應(yīng)當(dāng)盡量避免余紋區(qū)的出現(xiàn)。 利用多相流控制方程，基于FLUENT分析軟件，建立了磨料水(氣)射流噴嘴內(nèi)外多相流流場(chǎng)的仿真模型。高壓水射流噴嘴內(nèi)氣液兩相流場(chǎng)的二維仿真結(jié)果表明，噴嘴內(nèi)內(nèi)錐面錐角和內(nèi)錐面長(zhǎng)度是影響內(nèi)部流體速度分布和

3、漩渦性質(zhì)的主要因素；錐角為30°時(shí)的速度場(chǎng)有利于磨料與水的混合及加速；錐角為18.5°時(shí)的速度場(chǎng)有利于減少噴嘴磨損。磨料氣射流噴嘴內(nèi)氣固兩相流場(chǎng)的二維仿真結(jié)果表明，磨料主要分布在噴嘴內(nèi)中心部位；沿噴嘴軸向的速度隨橫截面積的減小而增大，而在噴嘴出口中心處的磨料速度較低，管壁附近的速度較高。磨料水射流噴嘴內(nèi)外液固兩相流場(chǎng)的二維仿真結(jié)果表明，噴嘴內(nèi)錐面與混合管內(nèi)壁面連接圓弧半徑越大、混合管長(zhǎng)度越小、噴嘴錐角越小，射流的出口速度越大；最佳的切割

4、靶距應(yīng)當(dāng)在5倍于噴嘴直徑的距離之內(nèi)；噴嘴內(nèi)的磨料大都沿管壁分布，噴嘴出口中心處的速度最高。磨料水射流噴嘴內(nèi)外氣液固三相流場(chǎng)的二維仿真結(jié)果表明，在噴嘴內(nèi)的流體中存在兩個(gè)渦流區(qū)，多數(shù)磨料粒子沿壁面分布，而氣相卻大都存在于漩渦的核心處；噴嘴外擴(kuò)散后的流場(chǎng)可分為核心區(qū)、中間區(qū)和邊界區(qū)，核心區(qū)內(nèi)速度變化很小，所以在選擇靶距時(shí)應(yīng)使射流加工發(fā)生在核心區(qū)內(nèi)，中間、區(qū)的速度梯度較大，而邊界區(qū)速度衰減較小。磨料水射流三相流體在三維噴嘴內(nèi)的仿真結(jié)果表明，小直

5、徑大長(zhǎng)度混合腔內(nèi)三相流的渦流速度梯度較小，而大直徑小長(zhǎng)度混合腔內(nèi)三相流的渦流速度梯度較大；三相流在混合管內(nèi)的徑向分布是中心處速度最高，兩側(cè)速度減?。粐娮旎旌锨粌?nèi)的壓力較低，而混合管內(nèi)的壓力較高。噴嘴形狀對(duì)磨料水射流噴嘴外氣液固三相流三維流場(chǎng)的影響結(jié)果表明，正方形、三角形和矩形噴嘴產(chǎn)生的流場(chǎng)具有非常相似的特點(diǎn)，在噴嘴附近的射流形狀與噴嘴形狀類似，隨后不斷圓化，最后變成圓形。橢圓形噴嘴產(chǎn)生的流場(chǎng)在近噴嘴處射流形狀為橢圓形，隨后不斷圓化，最后