除鳞喷嘴稳流器结构参数对喷嘴内流场特性的影响

在钢坯轧制过程中,需要及时去除高温钢坯表面形成的氧化铁皮,高压水除鳞技术较其它除鳞手段成本更低,除鳞率更高,优势明显,其中稳流器介于除鳞喷嘴前端过滤器与末端收缩段间,起到整流稳流的作用。建立不同结构的除鳞喷嘴稳流器模型,由稳流器两端平齐改为凸起、凹陷、平齐端面两两组合,建立全尺寸高压水除鳞喷嘴模型并进行CFD数值模拟。结果表明,稳流器叶片入口为凹陷结构、出口为平齐结构的稳流器整体湍动能较小,湍动能变化趋势更平稳,涡量变化较小且稳流器末端涡量趋于0。改变稳流器端面叶片形状可以对喷嘴出口动力学参数产生影响,部分结构稳流器出口速度较原结构提高至少2.126 m/s,最高3.817 m/s。     

轧制吹扫喷嘴结构仿真优化

为优化吹扫用喷嘴内部结构,改善吹扫效果,运用CFD软件对几种典型结构的喷嘴的内部流动进行了有限元仿真,得到了相应的流动特性参数等结果。对比分析了仿真结果,结合各种结构的加工工艺性,提出了渐进抛物线型截面的喷嘴结构方案。最后通过试验数据,证明了采用该结构的喷嘴具有一定的优越性。     

基于田口法与CFD的新型除砂装置中冲砂喷嘴性能优化

由于吐哈油田的许多油气井相继进入到成产后期,因此井内出砂已逐渐成为影响产量的主控因素之一。为了提高中后期井的生产效率,减少砂埋产层风险以及实现降本增效,提出一种新型除砂装置。通过充分分析装置的工作原理后,发现此装置可同时实现对井底砂粒或砂层的冲击与携带。由于冲砂喷嘴的结构与具体尺寸对装置整体性能（冲砂深度）影响较大,因此对冲砂喷嘴的结构进行优选。利用田口方法与CFD（数值模拟）共同对冲砂喷嘴的结构尺寸进行优化。定义冲砂深度为试验指标,出口直径、出口圆柱段长径比以及喷嘴收缩角等为控制因子,分别进行分组试验,并利用信噪比与方差分析方法对试验结果进行研究。结果表明：当冲砂喷嘴的出口直径为8 mm、入口直径为16 mm、收缩角为15°、出口圆柱段长度为20 mm、入口圆柱段长度为32 mm时,冲砂喷嘴的性能最好,并且其最远冲砂深度可以达到0.594 m。与优化前的喷嘴对比,优化后的喷嘴冲砂能力提高了31.3%。     

水射流切割喷嘴结构参数数值模拟优化

应用FLUENT模拟软件对影响喷嘴射流切割特性的喷嘴圆锥段收缩角、圆柱段出口直径及长径比进行了数值模拟研究。结果表明：出口直径为2 mm、长径比为2、收缩角为10°的喷嘴轴向速度和射流冲击能量最大,切割能力最好;射流轴向速度在喷嘴圆锥收缩段急剧增加,在圆柱段先增加后减小;射流冲击切割能量的最大值不是分布在冲击面上喷嘴对应的轴心处,而是在其半径方向的某一圆周上。     

高压水射流切割喷嘴的结构设计和参数优化数值模拟研究

应用FLUENT软件对喷嘴的内外部流场进行数值模拟研究,并对影响喷嘴出口速度和动压的4个主要结构参数进行正交试验,模拟研究结果得出适用于切割的喷嘴结构和优化的结构参数.研究表明:喷嘴的收缩角对喷嘴的性能影响最大,喷嘴出口水平过渡段也是一个重要的影响因素.     

响应面法优化空气喷嘴雾化流场的数值研究

为提高空气喷嘴的喷涂性能,采用计算流体力学对空气喷嘴与喷涂面之间的雾化流场进行数值模拟,并结合响应面法对喷嘴的结构参数与工况参数进行总体优化.首先搭建热线风速仪测速实验台验证数值计算模型的准确性,然后设计三因素的中心复合试验,建立以塑形气孔斜面倾角α、环形气孔压力p1、塑形气孔压力p2为设计变量,以喷涂面中心压力pc为...     

响应曲面法优化气体淬火过程中的工艺参数

以轴对称问题气体淬火过程为研究对象,提出了阶段换热系数模型,进行了五因子三水平Box-Behnken实验设计．根据实验设计结果,将设计的变量水平代入本文开发的淬火过程有限元分析软件进行计算,用逐步回归法和响应曲面方法对实验结果进行拟合,建立了拟合变形程度、表面单元平均等效残余应力、等效残余应力标准差、平均表面硬度和表面硬度标准差的响应曲面公式．以变形程度为目标,建立了相应的优化目标函数,用Lagrange乘子法对优化目标函数进行了带上下限及约束函数的非线性优化．优化后,五项目标中的四项得到了有利的结果,使用优化后工艺参数进行气体淬火,可以提高零件的淬火质量．     

激光焊接保护气体流态的纹影法研究

本试验运用双反射式平等光纹影仪对激光焊接用双层喷嘴冷态时的气流流态进行了系统的观测、研究,并结合气体动力学原理对气流的流态进行了分析.试验结果表明:对于实际激光焊接中所使用的喷嘴,单层冷态自由射流时,为获得较好的层流长度及挺度,气流的雷诺数必须控制在400～700的范围内:双层冷态自由射流时,为使内外层气流问的影响最小及双层气流的综合性能达到最佳,必须使内、外层气流的雷诺数相接近.     

重油催化裂化进料雾化喷嘴出口结构对喷嘴性能的影响研究

采用Fluent软件,基于欧拉-欧拉方法的VOF多相流模型对喷嘴的内部流场进行仿真分析,研究喷嘴出口段结构参数对喷嘴性能的影响;在确定喷嘴出口段最优结构的基础上,应用基于欧拉-拉格朗日方法的DPM模型对喷嘴的外部雾化射流区域进行了雾化状态分析,并探究了喷嘴的雾化机制.结果表明:出口锥角θ=51°时喷嘴的性能最优,平均速度为101.19 m/s,湍流强度为2141.1％,达到最大值;出口长度L2=20 mm时喷嘴的性能最优,速度为101.03 m/s,湍流强度为2121％;出口直径d2=25 mm时喷嘴性能最优,平均速度为101.49 m/s,湍流强度为2101％,且出口直径d2对喷嘴的雾化性能影响最大.并根据优化后的结构尺寸进行了5:1比例缩小的实验,对喷嘴内部液相流动状态呈四点分布进行了验证,同时喷嘴外部雾化液滴分布锥角与仿真结果误差为3.81％,雾化液滴粒径最大误差为3.67％.     

基于响应面方法圆柱形喷嘴结构优化研究

喷嘴是高压水射流的核心工作部件,其几何结构特征直接影响射流质量及工作效率。利用CFD方法对当前广泛应用的圆柱形喷嘴内流场进行研究,以最大出口速度作为目标变量,采用响应面方法优化喷嘴结构。研究结果表明:圆柱形喷嘴轴心速度与压力呈现近似对偶特性。喷嘴出口直径、喷嘴出口圆柱段长度及喷嘴收缩角对喷嘴出口速度有显著影响,喷嘴入口圆柱段长度及入口直径对出口速度影响较小。其中,喷嘴出口圆柱段长度与出口速度近似呈线性关系,而出口直径及喷嘴收缩角与出口速度呈抛物线关系。影响喷嘴压降的因素为喷嘴入口及出口直径,而其他因素如喷嘴出口圆柱段长度、入口圆柱段长度及收缩角对压降的影响则可以忽略。     

航空发动机燃油雾化喷嘴流量预测方法的研究

为了指导喷嘴设计与性能校核,对航空发动机燃油雾化喷嘴燃油在喷嘴内的流动特性进行了数值模拟计算。通过对喷嘴从供油管路到主副喷口进行完整建模与网格划分,计算获得燃油在不同部位的压降情况,分析燃油在不同部位的流动损失情况,建立喷嘴流量预测模型。结果表明：燃油在主副油路油管等部位,主要由于摩擦作用而发生沿程损失;在主副油路活门内芯、主油路底杯、涡流器、副油路喷口前部等部位,主要由于截面积突变发生局部阻力损失。二者均引起了不同程度的压降。通过建立关键部位几何参数与流动损失之间的关系,根据机械能守恒式与连续性方程,推导喷嘴流量预测模型。通过对比不同供油压差与不同关键几何参数下的实验数据,验证了理论预测模型的准确性,能较好地运用于喷嘴流量的设计与校核。     

利用弯水口提高离心式中间包钢液旋流强度的研究

针对离心式中间包电磁驱动旋流强度不充分的问题,探讨在不增加外加能量或动力的情况下,利用弯水口将钢包内钢液的位置势能转化为水平出流动能以增强旋转室内钢液旋流强度的可能性.利用水模型观察实验,结合数值模拟手段,证明了弯水口注流可以增强离心式中间包旋转室内的旋流强度,在本研究条件下可以使最大速度值增加约15%.     

三通道激光熔覆同轴送粉喷嘴气体速度场试验

在激光熔覆过程中,三通道同轴送粉喷嘴是关键部件,它利用惰性气体将金属粉末稳定地输送到熔池,同时形成保护流场,隔绝周围的空气。喷嘴气体流场对粉末的汇聚和高温区域的保护具有显著的作用,直接影响粉末利用率、金属材料性能和零件的成形精度。为了研究喷嘴保护流场特性,文中采用粒子图像测速(PIV)技术结合数值模拟计算,对自研的三通道同轴送粉喷嘴气体速度场分布进行了试验和分析。结果表明,喷嘴中心、内环和外环三个通道出口的气流速度一致时,喷嘴所形成的流场较为稳定,没有涡流存在。因此,粉末的汇聚性及对溶池的保护效果好;当外通道气流速度大于内通道时,在工件表面上出现旋涡,流场呈不稳定状态;随喷嘴与工件表面距离增加,有效保护范围减小。     

一种污水灌溉喷头流道的数值模拟及结构优化

喷头是喷灌系统的重要组成部分,喷头内流道的能量损失直接影响到整个喷灌系统的喷洒质量。通过三维软件UG建立了喷头内流道的二维片体CFD模型,并以Fluent软件为平台,运用N-S方程和k-ε方程对喷头内流道的速度、压力、湍流动能等做了两相流数值模拟计算,计算结果表明:传统摇臂式喷头内流道中存在速度旋流、压力损耗与湍流动能突变等缺陷,能量损失较大。根据此仿真结果,对喷头流道的结构作了相应的优化,优化后的喷头流道速度旋流、压力损耗与湍流动能突变等缺陷得到明显的改善,能量损失减小。表明采用CFD方法能较好地模拟流道内部流动情况,为喷头流道结构的优化提供参考。     

基于CFD的入口节流型滑阀稳态液动力研究

利用计算流体力学(CFD)方法,针对入口节流出口无节流的滑阀阀内流动方式,进行了液动力特性研究。给出了网格细分的规则,以及根据流场计算结果提取液动力的方法。计算了阀芯环形腔截面面积、环形腔长度、出口尺寸及角度、阀口开度等不同滑阀结构参数和工作条件下,入口节流出口无节流流动方式液动力的变化规律,分析了其液动力变化的内在机理。研究结果揭示了该种流动方式下液动力的复杂变化规律,为滑阀的分析和设计提供了参考。     

基于CFD的液压滑阀流场特性与稳态液动力研究

针对某型装甲车辆综合传动缓冲换挡阀,建立了该滑阀不同开度的三维几何模型,应用Fluent仿真软件对滑阀的内部流场进行了可视化计算和分析研究,得到了滑阀不同开度的流场特性与稳态液动力变化规律。进一步考虑轴颈直径对液动力的影响,提出在阀芯轴颈满足刚度与强度的条件下,宜尽量减小轴颈的直径。针对具体模型,通过理论计算与仿真值对比分析,引入修正系数,利用最小二乘法得到引入修正系数的计算公式,可以部分代替大量实验验证,减小工作量。     

气-固两相流雾化喷嘴的磨损分析

目的为了解决雾化法磁性磨料制备过程中,雾化喷嘴容易发生冲蚀磨损而无法形成有效流场的问题,分析雾化喷嘴的冲蚀磨损机理,为雾化喷嘴的设计提供理论依据。方法选用Al2O3硬质磨料颗粒、Si C材料的喷嘴,运用理论分析与计算机模拟(CFD)相结合的方法,探究雾化喷涂冲蚀磨损的机理,并研究雾化压力与最大冲蚀磨损率的关系。结果运用理论分析,得出了雾化喷嘴的冲蚀磨损形式为脆性断裂与微切削两种。运用CFD计算机模拟分析,得出了雾化喷嘴的冲蚀磨损分布图,其冲蚀磨损率随着雾化压力的增加而增加。当雾化压力为3 MPa时,雾化喷嘴的最大冲蚀磨损率达到了5.3×10-7 kg/(m2·s);当雾化压力为5 MPa时,雾化喷嘴的最大冲蚀磨损率达到了1.3×10-6 kg/(m2·s),较3 MPa时增加了59%。结论可以采取将硬质磨料注入与雾化工序分离的方法来改进雾化喷嘴的结构,从而减少在制备磁性磨料过程中硬质磨料颗粒对雾化喷嘴内壁的冲蚀磨损。     

Structural Optimization of Electromagnetic Swirling Flow in Nozzle of Slab Continuous Casting

During the slab continuous casting process, the flow field of molten steel in the mold plays a decisive role in the quality of the slab. In this paper, electromagnetic swirling flow in nozzle technology is proposed to control the flow field in mold.This technology can drive molten steel to rotate inside the submerged entry nozzle by electromagnetic force, thereby controlling the flow field. This research shows that it can reduce the impact of molten steel on the bottom of nozzle and partly reduce the negative pressure at the upper part of nozzle outlet which is even eliminated by optimizing the structure and angle of nozzle. The area of heat flux of the mold wall becomes larger, and the crest value of heat flux gets lower than that without swirling in nozzle and any nozzle optimization. The meniscus fluctuates smoothly, and the flow velocity at the top surface is within a reasonable range. The temperature field distribution in the mold is uniform which was beneficial to the growth of equiaxed crystal and decreased element segregation.