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高压水射流扇形喷嘴内外流场仿真分析

作　者: 陈亮
导　师: 杨国来
学　校: 兰州理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 高压水射流几何参数扇形喷嘴数值模拟
分类号: TG664
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 230次
引　用: 1次
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内容摘要

高压水射流清洗是高压水射流应用的一个重要方面,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。由于高压水射流清洗具有显著的优势,在世界范围内对环境保护日益重视的形势下,得到了各行业的高度重视,在各个领域都有快速的发展和广泛的应用。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。其中,由于扇形喷嘴能产生平坦均匀的扁平射流越来越广泛的应用于工业及日常清洗作业当中。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软件中的层流单相模型和湍流混合模型对射流流场的速度、压力、介质等物理量进行了射流内外流场的数值模拟研究。在边界条件和初始条件相同的情况下,分别改变扇形喷嘴的入口形状、内流道长径比、出口角度,用FLUENT软件对喷嘴射流的内外部流场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。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-9
插图索引  9-11
附表索引  11-12
第一章绪论  12-22
  1.1 高压水射流清洗概述  12-14
  1.2 高压水射流清洗装置的组成  14-15
  1.3 水射流的分类  15
  1.4 高压水射流清洗机理及影响因素  15-16
    1.4.1 以渗透为主的破碎过程  15-16
    1.4.2 直接压缩和剪切为主的过程  16
  1.5 高压水射流清洗技术的应用  16-19
  1.6 高压水射流清洗技术的研究现状及发展趋势  19-21
  1.7 本课题的研究内容及方法  21-22
第二章高压水射流的流体力学特性  22-34
  2.1 射流的基本结构与特性  22-24
  2.2 射流基本参数  24-29
    2.2.1 射流基本结构参数  25-26
    2.2.2 射流流量特性参数  26-27
    2.2.3 射流基本特征参数  27-29
  2.3 射流的微观破坏机理  29-33
    2.3.1 射流液滴与材料的相互作用  29-30
    2.3.2 射流对物体的作用力  30-33
  2.4 本章小结  33-34
第三章喷嘴结构与CFD建模  34-54
  3.1 喷嘴的型式  34-37
    3.1.1 圆柱形喷嘴  34-35
    3.1.2 扇形喷嘴  35-36
    3.1.3 异形喷嘴  36-37
  3.2 扁平扇形喷嘴的内部结构  37-38
    3.2.1 扁平扇形喷嘴的内部结构  37-38
    3.2.2 扁平扇形喷嘴的结构分析  38
  3.3 影响水射流清洗的因素  38-43
    3.3.1 水力参数  38-39
    3.3.2 射流工作参数  39-41
    3.3.3 比能  41-42
    3.3.4 反冲力与清洗力  42-43
  3.4 CFD软件简介  43-44
  3.5 喷嘴的数值模拟方案  44-46
    3.5.1 喷嘴的内外部流场数值模拟方案  44-46
  3.6 喷嘴射流流动的数学模型  46-50
  3.7 喷嘴的GAMBIT建模  50-53
    3.7.1 网格生成软件GAMBIT简介  50-51
    3.7.2 喷嘴内部流场仿真的几何模型  51
    3.7.3 内部流场仿真的边界条件  51
    3.7.4 喷嘴外部流场仿真的几何模型  51-53
    3.7.5 外部流场仿真的边界条件及数值求解方法  53
  3.8 本章小结  53-54
第四章喷嘴内外部流场数值模拟分析  54-68
  4.1 FLUENT软件简介  54
  4.2 求解方法与计算模型的确定  54-55
    4.2.1 求解方法的选择  54-55
    4.2.2 确定计算模型  55
    4.2.3 解的收敛判定  55
  4.3 喷嘴内部水射流流场数值模拟分析  55-65
    4.3.1 喷嘴内部结构对喷嘴内部流场的影响  55-65
  4.4 喷嘴外部流场仿真分析  65-67
  4.5 本章小结  67-68
结论  68-69
参考文献  69-72
致谢  72-73
附录攻读学位期间所发表的学术论文目录  73

高压水射流扇形喷嘴内外流场仿真分析

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