前混合式磨料水射流噴嘴外流場(chǎng)仿真與實(shí)驗(yàn)

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1、第３４卷第３期煤炭學(xué)報(bào)Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．３２００９年３月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＨＩＮＡＣＯＡＬＳＯＣＩＥＴＹＭａｒ．２００９文章編號(hào)：０２５３－９９９３（２００９）０３－０４１０－０５前混合式磨料水射流噴嘴外流場(chǎng)仿真與實(shí)驗(yàn)１，２１２２２崔俊奎，趙軍，李國(guó)威，郭仁寧，武春曉（１天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津３０００７２；２遼寧工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧阜新１２３０００）摘要：通過建立磨料水射流噴嘴有限元模型，對(duì)２種不同直徑的前混合式磨料水射流的噴嘴外流場(chǎng)進(jìn)行仿真分析．結(jié)果表明，在噴嘴其它幾何條件相同的情況下，出口直徑對(duì)噴嘴的出口速度影響比較大，出口直徑越大，出口速度越??；在

2、一定程度上將混合管適當(dāng)?shù)丶娱L(zhǎng)，可以提高磨料射流在噴嘴出口處的速度；磨料水射流最佳的切割距離為噴嘴出口直徑的２０～５０倍．磨料水射流切割靶體實(shí)驗(yàn)結(jié)果與靶體沖擊仿真結(jié)果基本吻合．關(guān)鍵詞：前混合式；磨料水射流；噴嘴；流場(chǎng)仿真；有限元法中圖分類號(hào)：ＴＰ６０１文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ＡＦｌｏｗｆｉｅｌｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｐｒｅｍｉｘｅｄａｂｒａｓｉｖｅｗａｔｅｒｊｅｔｓｏｕｔｓｉｄｅｔｈｅｎｏｚｚｌｅ１，２１２２２ＣＵＩＪｕｎｋｕｉ，ＺＨＡＯＪｕｎ，ＬＩＧｕｏｗｅｉ，ＧＵＯＲｅｎｎｉｎｇ，ＷＵＣｈｕｎｘｉａｏ（１ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ

3、Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７２，Ｃｈｉｎａ；２ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬｉａｏｎｉｎｇＴｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｘｉｎ１２３０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｐｒｅｍｉｘｅｄａｂｒａｓｉｖｅｗａｔｅｒｊｅｔ（ＡＷＪ）ｎｏｚｚｌｅ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｆｌｏｗｆｉｅｌｄｏｕｔｓｉｄｅＡＷＪｎｏｚｚｌｅｗｉｔｈｔｗｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｉａｍｅｔｅｒｓｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ

4、．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｅｘｉｔｄｉａｍｅｔｅｒｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｔｈｅｎｏｚｚｌｅｖｅｌｏｃｉｔｙｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｌａｒｇｅｒ，ａｎｄｔｈｅｎｏｚｚｌｅｖｅｌｏｃｉｔｙｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｄｉａｍｅｔｅｒｗｈｉｌｅｋｅｅｐｉｎｇｏｔｈｅｒｇｅｏｍｅｔｒｙｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｃｈａｎｇｅｌｅｓｓ．ＩｔｗｏｕｌｄｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅＡＷＪｖｅｌｏｃｉｔｙａｔｎｏｚｚｌｅｅｘｉｔｂｙｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｌｅｎｇｔｈｏｆｎｏｚｚｌｅｍｉｘｉｎｇｔｕｂｅｐｒｏｐｅｒｌｙ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｃｕ

5、ｔｔｉｎｇｄｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｅＡＷＪｉｓ２０～５０ｔｉｍｅｓｔｈｅｎｏｚｚｌｅｅｘｉｔｄｉａｍｅｔｅｒ．ＴｈｅＡＷＪｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｃｕｔｔｉｎｇｔａｒｇｅｔｒｅｓｕｌｔｓａｃｃｏｒｄｗｉｔｈｔｈｅｉｍｐａｃｔｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｏｎｔｈｅｗｈｏｌｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｒｅｍｉｘｅｄ；ａｂｒａｓｉｖｅｗａｔｅｒｊｅｔ（ＡＷＪ）；ｎｏｚｚｌｅ；ｆｌｏｗｆｉｅｌｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ磨料水射流（ＡｂｒａｓｉｖｅＷａｔｅｒＪｅｔ，簡(jiǎn)稱ＡＷＪ）是將一定數(shù)量的磨料微粒與高壓水互相混合而形成的液固兩相射流．

6、在相對(duì)較低壓力下，高壓水的部分動(dòng)能傳遞給磨料，從而把水射流對(duì)靶物的持續(xù)作用變?yōu)槟チ狭Ｗ恿鲗?duì)靶體的高頻沖擊、［１－２］磨削作用，提高了射流的品質(zhì)和工作效率．ＡＷＪ切割裝置包括泵站、增壓裝置、蓄能裝置、切割噴嘴、磨料供應(yīng)系統(tǒng)、導(dǎo)管和回收裝置等，如圖１所示．圖１ＡＷＪ切割靶體前混合式磨料水射流從根本上改變了磨料與水介質(zhì)的混Ｆｉｇ１Ａｂｒａｓｉｖｅｗａｔｅｒｊｅｔ（ＡＷＪ）ｃｕｔｔｉｎｇｄｅｖｉｃｅ合機(jī)理，大大提高了能量傳輸效率．由于磨料射流基于流態(tài)化原理進(jìn)行直接供料，磨料粒子從噴嘴噴出時(shí)收稿日期：２００８－０４－０８責(zé)任編輯：許書閣基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目（５０４

7、９０２７５）作者簡(jiǎn)介：崔俊奎（１９７４—）男，內(nèi)蒙古涼城人，副教授，博士研究生．Ｔｅｌ：０４１８－３３５０５１７，Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｕｉｊｕｎｋｕｉ＠ｙａｈｏｏｃｏｍｃｎ第３期崔俊奎等：前混合式磨料水射流噴嘴外流場(chǎng)仿真與實(shí)驗(yàn)４１１已經(jīng)達(dá)到水流速度的９５％以上，高速度的磨料粒子沖擊和切割破碎能力必然很強(qiáng)，切割物件所需的水壓［３］［４－５］降低很多．近年來，前混合式磨料水射流的仿真與實(shí)驗(yàn)研究引起了國(guó)內(nèi)外眾多專家和學(xué)者的關(guān)注．１模型的建立磨料微粒與高速流動(dòng)的水流互相混合而形成的液固兩相介質(zhì)射流屬于兩相流研究范疇，本文運(yùn)