高压磨料射流中流体因素的影响研究.pdf

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1、２０１４年１２月机床与液压Ｄｅｃ?２０１４第４２卷第２３期ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＶｏｌ?４２Ｎｏ?２３ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ?ｉｓｓｎ?１００１－３８８１?２０１４?２３?０４０高压磨料射流中流体因素的影响研究李震，狄文婷（内蒙古科技大学机械工程学院，内蒙古包头０１４０１０）摘要：依据固液两相流理论，应用ＦＬＵＥＮＴ流体分析软件对高压磨料射流喷嘴内外流场进行数值模拟和仿真，通过改变流体的黏度、流量、密度等，讨论了各参数对出口处的切削力和速度分布的影响。结果表明：增加流体的密度对射流速度和切削力的提高效果明显；而增加其黏度作用正好相反，由于流动阻力加大，使射流的出口速度

2、快速衰减，出口界面切削力下降；工作介质流量的改变对入口速度和射流效果也有较大的影响；在工作环境和设备允许的情况下，可以适当提高进口流量。关键词：磨料射流；数值模拟；流场分析中图分类号：ＴＧ７３文献标识码：Ａ文章编号：１００１－３８８１（２０１４）２３－１６６－３ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＦｌｕｉｄＦａｃｔｏｒｓｉｎＨｉｇｈＰｒｅｓｓｕｒｅＡｂｒａｓｉｖｅＷａｔｅｒＪｅｔＬＩＺｈｅｎ，ＤＩＷｅｎｔｉｎｇ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＢａｏｔｏｕＩｎｎ

3、ｅｒＭｏｎｇｏｌｉａ０１４０１０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｗｏ⁃ｐｈａｓｅｆｌｏｗｔｈｅｏｒｙａｎｄｕｓｅｄｔｈｅＦＬＵＥＮＴｆｌｕｉｄａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅｔｏｄｏｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｉｎｓｉｄｅａｎｄｏｕｔｓｉｄｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｉｎｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅａｂｒａｓｉｖｅｗａｔｅｒｊｅｔ，ｂｙｃｈａｎｇｅｄｔｈｅｖｉｓｃｏｓｉｔｙ，ｔｈｅｆｌｏｗａｎｄｔｈｅｄｅｎｓｉｔｙｏｆｆｌｕｉｄ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｉｎｄｉｓ⁃ｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅａｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙｂｙｅａｃｈｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗａｓｄｉｓ

4、ｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ，ｄｅｎｓｉｔｙｏｆｆｌｕｉｄｉｎｃｒｅａｓｅｄｈａｓｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅａｎｄｊｅｔｖｅｌｏｃｉｔｙｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ；ｂｕｔｖｉｓｃｏｓｉｔｙｉｎｃｒｅａｓｅｄｈａｓａｃｏｕｎｔｅｒｅｆｆｅｃｔ，ｄｕｅｔｏｔｈｅｆｌｏｗｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｗｈｉｃｈｍａｋｅｓｔｈｅｏｕｔｌｅｔｊｅｔｖｅｌｏｃｉｔｙｆａｓｔｄｅｃａｙ，ａｎｄｒｅｄｕｃｅｓｃｕｔｔｉｎｇｆｏｒｃｅａｔｏｕｔｌｅｔｉｎｔｅｒｆａｃｅ．Ｔｈｅｆｌｏｗｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｍｅｄｉｕｍｃａｎａｌｓｏｈａｖｅａｇｒｅ

5、ａｔｅｒｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅｉｎｌｅｔｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｊｅｔｒｅｓｕｌｔｓ．Ａｎａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｉｎｃｒｅａｓｅｗｉｔｈｉｎｔｈｅａｌｌｏｗａｂｌｅｒａｎｇｅｏｆｉｎｌｅｔｆｌｏｗｉｎｔｈｅｄｅｖｉｃｅｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｊｅｔｒｅｓｕｌｔｓ，ｕｎｄｅｒｗｏｒｋｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａｂｒａｓｉｖｅｗａｔｅｒｊｅｔ；Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；Ｆｌｏｗｆｉｅｌｄａｎａｌｙｓｉｓ０前言Ｇａｍｂｉｔ软件进行二维建模和网格划分。物理模型及高压磨料水射流是近几十年在纯水射流加工的基尺寸如图１所示。础上发展起来的一种新的加工技术。它是磨料与高压、高速流

6、动的水互相混合而形成的液固两相介质射流，它的切削作用主要由磨料来完成，磨料在高压水的高速冲击下，速度急剧增加，形成高速磨料射流，并以极高的速度经磨料喷嘴冲击工件，使工件上局部应力场应力高度集中，并快速变化，因而产生冲蚀、剪切，直至材料被切除。由于高压磨料水射流具有热图１锥直型喷嘴物理模型影响小、反作用小、切割速度高和切口质量高等优点图１中各参数的取值分别为：入口直径Ｄ＝１０目前已被广泛用于金属、陶瓷、石材、玻璃和复合材ｍｍ；出口直径ｄ＝２ｍｍ；收缩段长度Ｌ＝７ｍｍ；圆柱料的切割加工中。段长度ｌ＝８ｍｍ；收敛角α＝ａｒｃｔａｎ５／７。１磨料水射流的物理及数学模型１?２数学模型的建立１?１物理模型

7、的建立计算模型选择湍流模型中的标准ｋ－ε方程模型，利用ＦＬＵＥＮＴ软件研究非淹没状态下，流体的黏ｋ、ε是两个基本未知量，与之相对应的输运方程为：度、流量对射流出口速度和切削力的影响。运用收稿日期：２０１３－１０－０８作者简介：李震（１９７３—），男，副教授，博士研究生，硕士生导师，主要从事ＣＡＤ技术及二次开发。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｚｈｅｎ＿７３０１０６＠１２６?ｃｏｍ。第２３期李震等：高压磨料射流中