水射流激光劃片技術(shù)中的噴嘴優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、密級(jí)桂林電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文（全日制專業(yè)學(xué)位碩士）（全日制專業(yè)學(xué)位碩士）題目水射流激光劃片技術(shù)中的噴嘴優(yōu)化設(shè)計(jì)水射流激光劃片技術(shù)中的噴嘴優(yōu)化設(shè)計(jì)（英文）（英文）OptimalDesignofNozzleBasedonHybridWaterjetLaserScribingTechnology研究生學(xué)號(hào):1301302026研究生姓名:馮唐高指導(dǎo)教師姓名、職務(wù)指導(dǎo)教師姓名、職務(wù):龍芋宏教授申請(qǐng)學(xué)位門類:工程碩士學(xué)科、專科、專業(yè)名稱:機(jī)械

2、工程提交論文日期:2016年4月論文答辯日期:2016年6月摘要I摘要噴嘴是水射流激光劃片技術(shù)當(dāng)中的成形射流的終端執(zhí)行元件，它直接影響著水射流的流場(chǎng)特性和動(dòng)力性能。本論文通過(guò)流體仿真軟件FLUENT對(duì)四種不同結(jié)構(gòu)的噴嘴進(jìn)行了內(nèi)部單項(xiàng)流和外部的兩相流的數(shù)值模擬，探索其流場(chǎng)的特性對(duì)劃片工藝的影響。最后通過(guò)比較各種噴嘴的流場(chǎng)參數(shù)，從中挑選出最優(yōu)的噴嘴結(jié)構(gòu)形狀。本論文主要設(shè)計(jì)了四種不同形狀的噴嘴，它們分別是平直型噴嘴、錐型噴嘴、錐圓柱型噴嘴、圓

3、錐型噴嘴。噴嘴的參數(shù)確定只對(duì)其入口直徑、出口直徑、過(guò)度段長(zhǎng)度、發(fā)散角的參數(shù)值做出了一定的設(shè)定。仿真結(jié)果得出：最優(yōu)的噴嘴結(jié)構(gòu)是圓錐型噴嘴，其次是錐圓柱型噴嘴。從噴嘴的結(jié)構(gòu)參數(shù)入手，借鑒前人的研究成果的基礎(chǔ)之上設(shè)計(jì)出四種噴嘴，對(duì)四種噴嘴進(jìn)行各自的物理模型的建立，對(duì)它們的結(jié)構(gòu)進(jìn)行相同方式的離散化，建立了單項(xiàng)流模型，氣液多相流模型。在單相流的模型分析中得出有收斂角度的后三種噴嘴的速度和壓力更有利于聚集到噴嘴出口處，然而前一種（平直型噴嘴）速度和

4、壓力都容易發(fā)散能量損耗較大。在多相流模型的研究中采用的是含有體積力計(jì)算式的VOF模型配合標(biāo)準(zhǔn)的壁面函數(shù)??湍流模型，最后通過(guò)PISO算法對(duì)噴嘴的外流場(chǎng)進(jìn)行模擬分析。對(duì)結(jié)果的云圖和的xyplot點(diǎn)線圖進(jìn)行分析可以得出：就壓力值的變化而言，平直型噴嘴沿軸向的衰減相當(dāng)大；錐圓柱噴嘴沿軸向壓力的衰減程度較前者小很多，錐型和圓錐型噴嘴壓力沿軸向衰減程度最小。錐型噴嘴沿軸向所能夠達(dá)到最大壓力值為2.09MPa，圓錐型噴嘴的沿軸向所能達(dá)到的最大壓力值

5、為2.17MPa。從速度云圖上得出平直型噴嘴的速度值同壓力值一樣衰減的很厲害，而其余的三者沿軸向分布的速度能夠保持一個(gè)穩(wěn)定的，最大的數(shù)值。最后本論文提取到射流與材料作用表面的速度值，通過(guò)這樣的研究得出噴嘴的最優(yōu)化結(jié)構(gòu)，最終得出圓錐型噴嘴的流場(chǎng)特性對(duì)于水射流激光劃片工藝是最有利的?；谝陨蠂娮旖Y(jié)構(gòu)不變的情況下，考慮到噴嘴的布局的不同對(duì)射流流場(chǎng)特性的改變影響著水射流激光劃片工藝。對(duì)此本論文研究了噴嘴水射流與激光束的夾角為30、45、60?（