3189 磨料水射流的噴頭及前混合箱

3189 磨料水射流的噴頭及前混合箱,磨料,水射流,噴頭,混合 計(jì)算流體分析磨料水射流切割頭文摘水射流切割是在一定范圍內(nèi)不受熱的條件來切割厚金屬的技術(shù)。介紹了流體動(dòng)力學(xué)(CFD)和理論分析優(yōu)化混合多相零組件方法。水,空氣,是組成混合研的磨腔。此模型是用來預(yù)測研磨和空氣的影響和混合在混合管內(nèi)的不同距離的影響。與此同時(shí),粒子在噴嘴腔跟蹤并進(jìn)行監(jiān)控氣蝕磨蝕速率的密度。結(jié)果表明,噴管長度作用于混合水、空氣成分等,磨料水射流的速度氣蝕磨蝕速率的影響主要在噴嘴腔上。k-ε的湍流模型進(jìn)行仿真研究的磨料加上空氣。該調(diào)查顯示,受侵蝕強(qiáng)度較高,噴嘴身體的初始區(qū)長度越長,當(dāng)噴嘴的長度增加,體積空氣相應(yīng)增大。口的入口處受到高壓送水小溪(以最小限度的微粒計(jì)算),并導(dǎo)致成切削領(lǐng)域的先鋒。為了減少在混合室亂流可使用真空協(xié)助,但應(yīng)當(dāng)采取防御措施,因?yàn)闆]有不經(jīng)過混合室的。關(guān)鍵詞：AWJ;CFD;侵蝕;多相混合1．引言AWJ(磨料射流加工是一種用途廣泛的幾乎所有的材料都能被切割,并且可以合理的完成加工表面。特點(diǎn)在極其低的切削力,可以忽略熱效應(yīng)。這焦點(diǎn)試管水射流切割系統(tǒng)加速了磨料粒子用于割磨料射流速度越快越好射出。磨料射流是由兩個(gè)連續(xù)的階段和固體顆粒相連的組成,這使得它們 waterjets 復(fù)雜性遠(yuǎn)大于以往。速度分布是一個(gè)非常重要的參數(shù)在精度磨料射流切割中。在水射流中可更換水射流切割頭集中管,它可以使研磨粉劑充分與水和空氣混合。因?yàn)檩^高的速度和剪切應(yīng)力發(fā)生在聚焦管壁、并發(fā)生侵蝕。因此, 噴射的連貫性下降和聚焦管的直徑提高了,這些不需要的精密切割 。不像其他流體力學(xué) ,水在 AWJ 高壓??1下可被壓縮成流體。磨料水射流速度可在帕努力動(dòng)力平衡和在壓縮因子等條件下進(jìn)行計(jì)算?？蓽y量侵蝕聚焦管,這是對先前進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)否認(rèn)。 由于磨損侵蝕是一個(gè)復(fù)雜功能并影響粒子作用和粒子壁的性質(zhì)。進(jìn)行了模擬 ,以確定特點(diǎn)在切削材料的侵蝕,不同顆粒角度。土壤侵蝕模型提供 Finnie[4][5]的一種確定材料切除或侵蝕率密度。Ansys 采用 CFX 11 適用于計(jì)算流體力學(xué) (CFD 仿真,在那里進(jìn)行了調(diào)查空氣和磨料射流速度,以及流失以不同管的流量磨料及形狀系數(shù)的研磨粉劑。2．理論2.1理論水射流速度(1)?pvth2?水壓縮(2) nL???????10水射流方程(3)?????????????????1120nj Pnv?當(dāng) L=300Mpa 和 n=0.1368 在 25 度壓縮條件(4)???????????????????11nthj LPv這可壓縮性系數(shù)因子和排放可以用來表達(dá)水射流速度(5)thdjc2.2侵蝕模型幾乎在所有金屬、侵蝕發(fā)現(xiàn)不同的角度根據(jù)轉(zhuǎn)角和角速度關(guān)系E=K (6)???nfvp當(dāng) E=無窮小量V=顆粒碰撞速度。n=2f =影響無窮量的因數(shù)???在 Ansys 子域E= (7)??xfvnp??????0當(dāng) V0= ??????nk1侵蝕速率= E*N* (8)??????skgmp當(dāng) N=計(jì)入重量率 m=粒子重量因此在腔中顆粒發(fā)生侵蝕，氣蝕會在侵蝕區(qū)管壁聚集并且磨蝕速率密度(公斤/ s /平方米)。 空氣和磨料耦合在一起、兩種類型的耦合都會被用,也就是說、單耦合的和完全耦合關(guān)系。 單向耦合是簡單的預(yù)測粒子的路徑基于流場，因此都是不同的方式不去影響連續(xù)相流動(dòng)。 完全耦合粒子交換,并且是連續(xù)的階段,允許連續(xù)流和粒子相互影響。形狀因子研磨粉劑是很重要參數(shù)。一個(gè)圓形的粒子有最大的形狀系數(shù)為1.0;不規(guī)則的顆粒和它的形狀等因數(shù)有關(guān)探討了研磨顆粒侵蝕研究對象可改變其形狀因子。3．主要參數(shù)幾何和參數(shù)采用CFD數(shù)值模擬的方法對三維截割頭的模型革新設(shè)計(jì)而成,并采用CFD軟件用于嚙合。所有必要的邊界條件應(yīng)用于Ansys采用CFX 11。表1顯示的幾何參數(shù)及邊界條件 數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果。 在對稱模型、計(jì)算 在短時(shí)間內(nèi)是用的網(wǎng)格總數(shù)減呢比完美的模型。 只要有可能,采用CFX運(yùn)用有限元分析軟件Ansys,建議采用對稱。表1.1幾何和邊界參數(shù)。幾何/ 邊界條件參數(shù)幾何由毫米直徑孔,流量系數(shù)、Cd = 0.8混合室直徑4.2毫米,3毫米長度是混合室管直徑= 1.5毫米焦點(diǎn)焦點(diǎn)的全長= 70毫米磨料入口直徑= 1.56 mm邊界磨料流量= 8、20、30克/秒磨料密度= 7854公斤/方磨料形狀系數(shù)= 1,0.9,0.7空氣流速= 5米/秒 水的壓力= 470兆帕水=密度1134公斤/方圖 1.1 邊界條件的截割頭應(yīng)用4． 實(shí)驗(yàn)主要的仿真結(jié)果進(jìn)行了比較定理和先前的試驗(yàn)由不同的研究者。 這是且報(bào)方針是一個(gè)準(zhǔn)求的調(diào)查射流速度來衡量[7]。 這測量,高速照相機(jī)被用來觀察的噴射的時(shí)間和距離。 除了柯達(dá)SR-Series運(yùn)動(dòng)分析儀、水射流機(jī)組合成頂部有限公司用于這個(gè)實(shí)驗(yàn)。相機(jī)就會幀率記錄時(shí)間和對峙將決定的距離。 如果噴射的速度不變,考慮到高速噴射和非常小的相隔距離60毫米,然后它可用來測量速度達(dá)600米/秒噴射框架 率10000 fps。 這是可能的射流速度計(jì)算把距離的計(jì)算出的時(shí) 要求的幀,需要經(jīng)歷的距離。 實(shí)驗(yàn)考慮,并根據(jù)參數(shù)條件采用模擬技術(shù)。5. 結(jié)果和討論從式(1)、(3)和(4), = 970米/秒； = 934米/秒；Ψ=0.96考慮流量thvjv和壓縮性系數(shù)。從式(5)， =,0.8x0.96x970=745米/秒水的最大速度確定的CFD分析是735j米/秒的出口,孔,如圖2.與空氣混合后,磨料水射流速度發(fā)現(xiàn)。表2. 速度和最大侵蝕變化為不同的質(zhì)量流量的模具質(zhì)量流率(g /秒) 馬克斯侵蝕(公斤/ s / m2) 速度X108磨料(米/秒)8 0.96 29520 2.144 29030 3.62 287在聚焦管出局384米/秒,而鋼速度被發(fā)現(xiàn)300米/秒的單程耦合有空氣。由于流量變化的研磨粉劑。產(chǎn)品的速度保持不變。 然而,為充分結(jié)合空氣。最大速度水射流在噴管出口多種多樣,以及增加的質(zhì)量流率速度減水已經(jīng)加速的更多的顆粒。 表2所示的變化規(guī)律磨料(180微米)和侵蝕在腔壁停留了充分的耦合關(guān)系磨料。研磨粉劑在加速聚焦管,因此,速度增加聚焦的長度 管。 因此,聚焦管的長度是至關(guān)重要的在水射流的優(yōu)化過程中。磨料水、空氣等,在混合腔創(chuàng)建一個(gè)非常復(fù)雜的狀態(tài)。 試圖是[8] 可以觀看混合,重新制造了水道air-abrasive頻道,玻璃材料。 結(jié)果 此舉表明,占據(jù)了vortex-type流動(dòng)流型吸區(qū)。 目前的CFD仿真 顯示渦流創(chuàng)造了在混合室。 從的動(dòng)畫氣流線、渦流現(xiàn)象提供了最初的機(jī)制,磨料誘導(dǎo)作用”。 圖4闡述了混合腔里面渦創(chuàng)造被水(黃色),空氣（彩虹),研磨劑(紅色)。 M.鮑威爾 [9]解釋說,動(dòng)能和動(dòng)力 從高壓水傳送給研磨顆粒。 應(yīng)用動(dòng)能沿顆粒銳利的邊緣。 因此,形狀因素起到影響磨料速度。在應(yīng)用了在磨的形狀因數(shù)粒子分析、磨料射流速度增高。 形狀因數(shù)0.9和粒徑100微米的,磨料速度309.5米/秒),及305米的單向性和fully-coupled模型，另外盡量減少平均直徑并且粒子高速率應(yīng)用與形狀因數(shù)都是不規(guī)則的形狀顆粒會產(chǎn)生出更好的表面切割標(biāo)本。圖2.顯示的速度增加同一種磨料的內(nèi)部集中管。圖3.混合水 空氣 磨料圖4澆流孔液壓翻轉(zhuǎn),流動(dòng)分離,或空[10]所聚集的發(fā)生刃口鋒利的孔在高壓力。 圖5顯示液壓翻轉(zhuǎn)和臨界區(qū)孔負(fù)責(zé)加速水。 根據(jù)M .鮑威爾、如果水含有中止顆粒，切削能發(fā)生在空的入口處。M . Nanduri噴嘴磨損了應(yīng)用三種類型的調(diào)查和發(fā)散穿類型。 短距離入口聚焦管、穿過是最大值。我們的CFD仿真結(jié)果表明相同的方式的侵蝕。在圖6,類似于實(shí)驗(yàn)結(jié)果,磨損率沿長度密度降低聚焦管。確定形狀影響因素對侵蝕管的影響、0.7和0.9形狀系數(shù),同時(shí)保持大量的質(zhì)子流量號8點(diǎn)是為100微米的粒子大小。結(jié)果產(chǎn)生了一個(gè)更高的氣蝕磨蝕速率密度的形狀因素比形狀0.7比起形狀0.9的形狀。 這意味著如果循環(huán)磨料粒子是使用,那將會下降導(dǎo)致加工效率。然而,在生活聚焦管將會增加。相反的是事實(shí)形狀不規(guī)則的對這些情況研磨顆粒有影響。表3顯示在速度和變化侵蝕的單程耦合情況形狀因素的變化以不變的質(zhì)量流率8克/秒想像被侵蝕質(zhì)量的流率都可分為完全耦合的單向性和耦合模型,完成了之間空氣和磨料作為單向耦合元件不能分享彼此的態(tài)勢,侵蝕成了線性的,然而粒子,完全耦合非線性和侵蝕作用具有較高的價(jià)值。 圖7顯示質(zhì)量流量的影響上了侵蝕聚焦管壁。 第一個(gè)如圖3局的傳播。7高速水射流。1000fps,時(shí)間的差距 兩局是1/10000 s。 為470兆帕壓力,要求時(shí)間還不到2/10000 s,這表明速度還不到400米/秒。 模擬水射流切割速度是384米/秒,因此,模擬和實(shí)驗(yàn)嗎結(jié)果非常接近。表3 形狀因素的影響對速度的磨具和最大的管壁集中流失麥克斯侵蝕 形狀因素(公斤/ s / m2) 速度X10磨料(米/秒)1 299.9 0.960.9 305 1.450.7 309.5 2.48圖 5. 管壁集中流失圖 6.測量的水射流速度6. 結(jié)論仿真結(jié)果表明,聚焦的長度管是由加快研磨粉劑和那磨損量上提高集中管壁顆粒形狀的變化因素。 如果質(zhì)量流率研磨粒非常高,那么噴射的效率將會減少“水射流增強(qiáng)流顆粒。 高速湍流射流發(fā)生聯(lián)系與一個(gè)相對低速氣流 ,因此,漩渦創(chuàng)造了在混合腔作用于混合不同的階段。 量流線形的磨具粒子取決于混合室的形狀。 目前,攪拌缸通常為圓柱形的形狀。需要進(jìn)一步的調(diào)查,想像混合循環(huán) ——、橢圓-,和hyperbolic-shaped混合的房間, 就能指導(dǎo)的流線形射流在相比在控制呼氣圓柱腔中。