磨料水射流切割性能和噴嘴內(nèi)外流場的仿真研究.pdf

1、本文重點研究了磨料水射流加工工藝參數(shù)對大理石和陶瓷加工表面質量的影響規(guī)律。利用多相流控制方程，基于FLUENT分析軟件，對磨料水(氣)射流噴嘴內(nèi)外多相流流場進行了模擬仿真，并對仿真結果進行了實驗驗證。 研究了磨料水射流加工工藝參數(shù)對大理石和陶瓷加工表面質量的影響。結果表明，當水壓力較大，切割速度較小時，余紋角度較小，靶距對余紋角度影響不大。當水壓力較大，切割速度和靶距較小時，切口錐角較小。當水壓力和靶距較小，切割速度較大時，

2、切割縫寬度較小。當水壓力較大，切割速度和靶距較小時，光滑區(qū)較大。磨料流量越大，大理石的表面質量越好。分析了磨料水射流加工陶瓷時的切割面，該面可分為組織損傷區(qū)、磨粒磨削區(qū)和余紋區(qū)，磨料水射流切割過程中應當盡量避免余紋區(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)外多相流流場的仿真模型。高壓水射流噴嘴內(nèi)氣液兩相流場的二維仿真結果表明，噴嘴內(nèi)內(nèi)錐面錐角和內(nèi)錐面長度是影響內(nèi)部流體速度分布和

3、漩渦性質的主要因素；錐角為30°時的速度場有利于磨料與水的混合及加速；錐角為18.5°時的速度場有利于減少噴嘴磨損。磨料氣射流噴嘴內(nèi)氣固兩相流場的二維仿真結果表明，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)外液固兩相流場的二維仿真結果表明，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、靶距應當在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)外氣液固三相流場的二維仿真結果表明，在噴嘴內(nèi)的流體中存在兩個渦流區(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；噴嘴外擴散后的流場可分為核心區(qū)、中間區(qū)和邊界區(qū)，核心區(qū)內(nèi)速度變化很小，所以在選擇靶距時應使射流加工發(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)的仿真結果表明，小直

5、徑大長度混合腔內(nèi)三相流的渦流速度梯度較小，而大直徑小長度混合腔內(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，兩側速度減??；噴嘴混合腔內(nèi)的壓力較低，而混合管內(nèi)的壓力較高。噴嘴形狀對磨料水射流噴嘴外氣液固三相流三維流場的影響結果表明，正方形、三角形和矩形噴嘴產(chǎn)生的流場具有非常相似的特點，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)生的流場在近噴嘴處射流形狀為橢圓形，隨后不斷圓化，最后