高压水射流喷嘴内外部流场的数值模拟研究

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1、兰州理工大学硕士学位论文高压水射流喷嘴内外部流场的数值模拟研究姓名：周文会申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：杨国来20080424硕士学位论文摘要高压水射流清洗是高压水射流应用的一个重要方面，作为一种独特的清洗新技术，具有高能量密度、良好的射流可控性与材料适应性，能满足各类清洗工程的需要。与传统的机械式、化学式清洗相比，具有广泛的通用性和相对环境无害性等独特优点。随着社会环保意识的增强，水射流清洗技术的应用倍受关注，前景十分广阔。喷嘴是高压水射流成套设备的核心，是形成水射流工况的直接元件，它所造成的结果直接影

2、响到系统的各个部分。实际上，研究出性能良好、材料适宜又与主机匹配的喷嘴，将极大地提高射流效率。尽管喷嘴型式很多，但出于性能和加工的综合考虑，工程上实际上应用的大多是圆柱形喷嘴和圆锥形喷嘴。为了研究喷嘴几何参数对射流流场性能的影响，文章首先采用计算流体力学的原理，依照计算前处理的次序介绍了数值模型的建立、网格划分、边界条件和初始条件的设定、计算控制参数设定等。并采用FLUENT软件中的混合模型对射流流场的速度、压力、介质等物理量进行了两相流动的数值模拟研究。在边界条件和初始条件相同的情况下，分别改变圆锥形喷嘴和圆柱形喷嘴的

3、圆锥段收缩角、喷嘴出口直径、喷嘴长度、圆柱形喷嘴的长径比，用FLIJENT软件对两种喷嘴射流的速度衰减特性进行了模拟和分析，从而得出最佳的喷嘴结构参数。最后，文章总结了在喷嘴射流研究中取得的成果和不足，对今后研究工作提出展望。文章得出的一些结论为以后的研究和优化高压水射流清洗喷嘴的设计提供了参考依据。关键词：高压水射流：几何参数；圆柱形喷嘴；圆锥形喷嘴；数值模拟高压水射流喷嘴内外部流场的数值模拟研究AbstractTllelligllpressurewaterjetcleaniIlgis觚imponaIltapplica

4、tionofthehi曲pressurewaterjet．Asanewpanicularcleaningtechnique，therearesomecharacterist溉，suchaslliglldenseene唱y，C0ntrollableflowandadaptingtomanyl【indsoftheclearedmaterials．Comparedwiththetraditionalmechanicalcleaningandchemicalcleaning，thewaterjetcleaningisexcell

5、entinadaptabilityandi加0cuitytoenviro姗ent．Thenozzleisanimponantpaninthehigllpressurcwaterjetequipment．nsqualityinfluencesotherpansinthesystem．ActuallyanexcellentnozzlewillobViOusenhancesthejetefficiency．Tllou曲therearcmanyl【indsofnozzles，consideringcapabilityaIldma

6、nufacturc，theconicalnozzleandthecylindricalnozzlearcwidelyusedinen酉neering．F0rresearcllingontheinnuenceofanozzlegeometricpar锄ctersonthepropenyOfef!fluxnowfield，，theanicleusethebasicknowledgeof(’omputationalnuidDynamicsto西Vethepre—processingaccordingtotheorder，the

7、modeling、meshing、boundaryalldinitialconditionsaIldthesolutioncontrolsettingwercdetailedillustratedinthispaperfirstly．T1lepressufeandVelocityinthenowfieldofhighprcssurewaterjetaStwo—phasenowwerenumericallysimulatedananalyzedbythesoftware-FLU帆Theanicleisunderthecir

8、cumstanceofanidenticalboundaryconditionandinitialcondition，changcrespectiVelythecontfactionaIl酉eofcollicsegment，thediameterofnozzleexit，thelengthofnozzleandthe