前混合磨料射流喷嘴内流的数值模拟研究

基于多相流动的拉格朗日离散相模型，应用FLUENT软件对前混合磨料射流出口带圆柱段的圆锥收敛形喷嘴内部等温、不可压缩、稳态、液固湍流进行了数值模拟。连续相采用三维不可压缩稳态雷诺时均N-S方程，湍流模型采用标准的肛￡模型，代数方程组采用分离解方法，通过SIMPLE算法求解压力速度耦合；离散相采用拉格朗日方法追踪颗粒运动轨迹；收敛残差为10^-4。给出了颗粒初始位置对颗粒的运动速度和运动轨迹的影响规律，数值模拟结果对前混合磨料射流喷嘴的优化设计和工程应用具有很好的指导意义和参考价值。     

磨料射流切割机的试验研究

本文介绍了前混合式磨料射流切割机的结构，工作原理以及用该机对金属和非金属材料进行的切割试验，指出射流工作压力，喷射靶距，喷嘴横移速度，磨料重量比浓度等是影响工作能力的主要因素，喷嘴直径及其内腔结构，磨料粒子尺寸等也是影响割缝宽度及表面形态垢因素，试验对比表明，它比纯高压水射流和后混合式磨料射流切割机能优越，是一种新型的，有广阔应用前景的工业切割设备。     

微磨料气射流加工的射流仿真与分析

为了获得微磨料气射流加工技术中的喷嘴的射流状态,依据气固两相流理论,利用FLUENT软件分别对喷嘴射流的外流场和粒子的运动轨迹进行仿真,得到了射流的速度云图、速度矢量图,以及粒子的运动规律。运用实验分析了射流特性及喷射参数对微磨料气射流加工技术的影响规律。     

磨料水射流喷嘴内流场的数值模拟

该文以后混合磨料水射流水喷嘴为研究对象,基于两相流动的欧拉-拉格朗日和高雷诺数的标准双方程湍流模型,应用FLUENT软件对磨料水喷嘴内部两相流进行仿真,研究了固液两相流在磨料水喷嘴中的流体动态、磨料粒子的速度。通过对磨料水喷嘴磨损和液固混合相流域的权衡和模拟结果分析,得到磨料水喷嘴的锥形收敛角为30°、柱形内孔直径为0.76 mm、聚焦管总长为73 mm时具有较好的切割性能。通过分析不同长度、直径、锥形入口角的磨料水喷嘴,优化了磨料水喷嘴的结构参数。     

前混合式磨料射流喷嘴的磨损试验研究

在试验中利用水流量变化表示喷嘴磨损程度，研究了压力、磨料浓度对喷嘴磨损的影响，归纳了半经验公式。     

高压磨料水射流切割工程陶瓷研究

采用高压磨料水切割和工程陶瓷,研究高压磨料水工艺参数对其切割深度的影响.从陶瓷材料力学和高压磨料水流体力学基础出发,建立冲击力和加工参数关系.实验结果表明切割深度与水的压力成正比,与喷嘴移动速度成反比.采用硬质合金和陶瓷两种材料制备了磨料喷嘴,研究了喷嘴磨损量与加工参数的关系,采用SEM分析了喷嘴磨损原因.     

多种后混合磨料水射流喷嘴的数值模拟及分析比较

针对传统的后混合磨料水射流喷嘴中的磨料与水混合均匀性差,磨料射流能量低的问题。本文基于CFD欧拉多相流模型,利用Fluent软件对比磨料侧进式喷嘴、磨料中进式喷嘴以及改进的磨料中进式喷嘴在相同边界条件下计算得到的内外流场结果。分析结果表明：磨料侧进式喷嘴的磨料主要分布在速度较低的区域,未能进入高速水流内部,导致喷嘴内外流场的中心位置磨料射流能量低,磨料与水混合均匀性差;磨料中进式喷嘴很好的解决了磨料不能进入高速水流内部的问题,磨料体积分数和磨料速度从中心向外逐渐减小,射流效果明显改善;改进的磨料中进式喷嘴减小了高速水流在原磨料中进式喷嘴混合腔内的碰撞损耗,磨料在外流场的速度及动能都有一定提高。     

磨料水射流除锈技术仿真研究

针对钢材的锈蚀广泛存在于工业生产中并造成了很大的经济损失这一问题,从磨料水射流除锈技术角度出发,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,建立了多粒子侵蚀靶板模型,对多粒子连续冲击靶板过程进行了仿真模拟,分析研究了靶板材料去除机理.为磨料水射流除锈工艺提供了一定的理论基础.通过对各种不同算例进行仿真模拟,得到了不同冲击速度、冲击角度等情况下粒子对目标靶板侵蚀情况,通过对结果进行分析比较,研究了粒子冲击参数对冲蚀过程的影响.研究结果表明,材料侵蚀率随着冲击次数的增加而增加,但是经过一定次数冲击后,目标靶板去除量达到了一种相对稳定的状态.随着冲击角度的增加,侵蚀深度增加但是侵蚀面积减小.随着磨粒直径的增加,侵蚀深度及侵蚀体积均逐渐增加.     

基于淹没环境的超高压后混合磨料水射流切割试验研究

利用超高压水射流切割试验系统,在80～280MPa压力范围内进行淹没磨料水射流切割试验研究,通过试验及数据分析,验证了后混合淹没磨料射流切割的可行性,得出了磨料粒径和质量流量、射流压力、靶距、切割横移速度等参数对射流切割性能的影响规律,对于脆性和塑性材料,试验中各参数对切割深度的影响基本一致.结果表明:在试验给出的工况条件下,磨料流量存在最佳值,在一定范围内切割深度随磨料流量增加而增加,当磨料流量达到一定值后,切割深度随流量增加反而下降;切割深度与射流压力基本呈线性增长关系;随着靶距的增大,切割深度逐渐减小;切割深度随切割速度的增加呈指数衰减趋势,并且相同试验工况下淹没射流切割深度要大于非淹没状态.试验结果为超高压淹没磨料水射流的实际应用和研究提供了参考.     

磨料水射流切割半导体材料的研究

由于水射流技术的加工效果的优越性,人们日益注重对添加磨料的水射流技术的开发和应用,主要就磨料水射流切割的半导体材料进行了研究.     

淹没磨料水射流与非淹没磨料水射流冲蚀破岩效果比对分析

磨料水射流的冲蚀能力主要依赖于磨料颗粒所获得的能量,对非淹没磨料水射流和淹没磨料水射流的冲蚀实验结果进行比对,从能量角度和磨料颗粒速度变化角度分析了造成非淹没磨料水射流和淹没磨料水射流的冲蚀效果差异的原因。     

微细磨料喷射加工仿真与实验研究

利用流体动力学仿真软件CFX对微细磨料喷射加工中,影响加工效果的喷射压力、喷射距离等影响因素进行仿真,模拟出不同参数下磨料微粒的速度、工件表面所受压力的分布规律,并与实验结果进行对比,验证仿真结果的正确性.     

微磨料水射流切割头装置设计与研究

传统磨料水射流切割头的磨料靠负压吸入,可靠性差、吸入不均匀、流量不能精确控制。采用螺杆泵输送原理,设计了一种新型微磨料水射流切割头装置及控制系统。该装置采用螺杆泵主动送料,螺杆由步进电机驱动,单片机发出的控制脉冲控制步进电机的转速,步进电机的转速与磨料流量一一对应,从而将磨料定量、连续地送到切割头混合腔,实现磨料流量的精确控制。在混合腔的排出通道上设置单向阀门,解决了喷嘴堵塞后高压水直接进入磨料罐引起磨料输送系统失效问题。     

淹没磨料水射流中磨料破碎状况分析

磨料水射流中的磨料在冲蚀破碎后,颗粒的分布在一定范围内表现出自相似的分形特征.对颗粒分布进行测定并分析,得出磨料水射流中磨料颗粒在喷嘴内有破碎发生,且颗粒愈大破碎愈强烈,分析得出颗粒的分形维度可作为磨料破碎状态的一个重要指标,应用于对颗粒破碎程度的评定.     

微磨料水射流机床悬臂梁的有限元分析

微磨料水射流切割机床的切割精度与机床数控平台、数控系统精度以及水射流工艺参数直接有关,同时还与安装水射流切割头及其附件的悬臂梁刚度和绕曲变形有关.针对微磨料水射流机床的重要部件悬臂梁进行了Solidworks三维建模,基于ComsWorks进行了静态和模态分析.分析表明,微磨料水射流切割机床悬臂梁固有一阶、二阶、三阶和四阶频率分别为20Hz、31Hz、91Hz和104Hz.为了避免引起共振,负载频率应以一定幅度错开其固有频率.现有悬臂梁结构具有足够的刚度.     

磨料水射流切割工艺参数的实验研究

磨料水射流切割中影响切割深度的因素很多,各工艺参数的选择和合理搭配对切割结果有很大影响,并且难以用精确的数学模型来描述.以磨料水射流切割混凝土为例,考察了射流压力、进给速度、靶距、磨料流量、磨料粒径和材料性能等工艺参数对最大切割深度的影响.结果表明:(1)切割深度与射流压力呈线性增长关系;(2)在一定范围内切割深度随磨料流量增加而增加,但当磨料流量达到一定值后,切割深度随流量增加反而下降;(3)切割深度随磨料粒径的增加呈先增加后减小的规律,存在一极值点;(4)切割深度随切割速度的增加呈指数衰减;(5)存在一最佳靶距,超过这个界限值时,随着靶距的增大,切割深度急剧减小;(6)混凝土试件抗压强度的抗压强度越大,切割深度越小.     

软性磨粒流精密加工的仿真及实验

为改进现有磨粒流加工技术存在的缺陷,提出了软性磨粒流加工技术,并将其应用于各种微小型腔及通道的加工中.首先针对加工表面配置了相应的约束模块从而构成密封的加工流道,建立了欧拉双流体数值分析的数学模型,利用Fluent开展了流道中软性磨粒流固-液两相流动特性的分析,然后通过对工件表面进行喷漆的方法,观察了软性磨粒流的实际加工效果,并进行了相应的软性磨粒流加工试验.试验结果表明,加工表面喷漆磨损的分布比较均匀,表面细腻,体现了软性磨粒流加工的先进性与有效性.研究结果表明,实际工件表面喷漆磨损的分布与仿真中颗粒相压力的分布比较接近,这为软性磨粒流的加工提供了一种预测方法.     

基于oldroyd-B本构模型的磨料流加工壁面滑移仿真分析

基于oldroyd-B粘弹性本构模型,应用POLYFLOW软件对流体磨料在圆管中的壁面滑移状态进行了模拟仿真。将得到的圆管中流体磨料的压力值与磨料流加工机床上测试点的压力值进行比较,得到二者的相对误差不超过5%,验证了模拟仿真的可行性。通过仿真可知,流体磨料在工件壁面上的滑移存在速度临界点。通过比较不同管道入口流量、流体磨料黏度和壁面滑移系数对壁面滑移速度的影响可知,当管道入口流量越大、流体磨料的黏度越高,以及壁面滑移系数越小时,加工过程中的壁面滑移速度越大。