前混合式磨料水射流磨料粒子加速过程数值模拟

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（１．ＳｔａｔｅＫｅｙｌａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｏａｌＭｉｎｅＤｉｓａｓｔｅｒＤｙｎａｍｉｃｓａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００３０，Ｃｈｉｎａ；
ｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔａｒｇｅｔｂｏｄｙｂｒｅａｋｉｎｇｂｙＡＷＪｗｅｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｂａｓｅｄｏｎａｎｉｎｔｅｇｒａｔｅｄａｌｇｏｉｒｔｈｍｏｆｓｍｏｏｔｈｅｄｐａｒｔｉｃｌｅ
振第３４卷第１６期
动
与
冲
击
Ｖｏ１．３４Ｎｏ．１６２Ｏ１５
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡＴＩＯＮＡＮＤＳＨＯＣＫ
前混合式磨料水射流磨料粒子加速过程数值模拟
林晓东，一，卢义玉ｒ，汤积仁，章文峰，程玉刚
２．Ｎａｔｉｏｎａｌ＆ＬｏｃｌａＪｏｉｎｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＧａｓＤｒａｉｎａｇｅｉｎＣｏｍｐｌｅｘＣｏａｌＳｅａｍ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００３０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｓｉｄｅｉｎｇｒｔｈｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓｉｎｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈｏｎａｂｒａｓｉｖｅｐａｒｔｉｃｌｅｓａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｓｉｖｅｗａｔｅｒｊｅｔ（ＡＷＪ）ａｎｄｔｈｅｍｅｓｈｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｉｎｄｅａｌｉｎｇｗｉｔｈｌａｒｇｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｗｉｔｈｉｆｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ（ＦＥＭ），ｔｈｅａｂｒａｓｉｖｅｐａｒｔｉｃｌｅｓａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔａｇｅｓｏｆｎｏｚｚｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅ
加速，最终趋于稳定；磨料粒子群在喷嘴收敛段相互碰撞运动剧烈，进入直线段后相对平缓；流量一定下磨料粒子速度随喷嘴收敛段延长而增加，但增加有限；随直线段延长而增加，增加显著。数值模拟结果与相关文献吻合较好。
关键词：磨料水射流；磨料；加速机理；ＳＰＨ— ＦＥＭ耦合；数值模拟
（１．重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆４０００３０；２．重庆大学复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室，重庆４０００３０）
摘要：针对前混合式磨料射流磨料加速过程运动复杂、实验研究困难及有限元处理超大变形存在网格畸变等问
喷嘴结构对磨料粒子加速影响规律。研究表明，磨料粒子进入喷嘴收敛段之前已基本达到与水介质相同速度，进入收敛
段后因与水介质存在速度差使其获得加速，但与水介质速度差逐渐增大；进入直线段后水介质与磨料粒子一直加速，且水介质速度在直线段末端趋于稳定，在离开喷嘴的短距离范围内水介质速度趋于稳定，磨料粒子在核心段水流作用下继续
中图分类号：ＴＤ３１１文献标志码：ＡＤＯＩ：１０．１３４６５／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｖｓ．２０１５．１６．００４
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆａｂｒａｓｉｖｅｐａｒｔｉｃｌｅｓａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｐｒｅ — ｍｉｘｅｄａｂｒａｓｉｖｅｗａｔｅｒｊｅｔＬＩＮＸｉａｏ — ｄｏｎｇ，ＬＵＹｉ — ｙｕ，ＴＡＮＧ一Ｔｅｌｚ，ＺＨＡＮＧＷｅｎ－ｆｅｎｇ，ＣＨＥＮＧＹｕ — ｇａｎｇ，
题，基于光滑粒子（ＳＰＨ）耦合有限元（ＦＥＭ）方法模拟前混合式磨料射流喷嘴不同阶段磨料粒子加速特征及磨料射流破
碎靶体全过程。其中水介质用ＳＰＨ建模，磨料粒子、喷嘴、靶体等用ＦＥＭ建模。揭示磨料粒子群在喷嘴中的运动轨迹及

前混合磨料水射流喷丸强化技术

前混合磨料水射流喷丸强化技术摘要：近年来，前混磨料射流得到了发展。

前混磨料射流是将磨料和水在高压水管路中均匀混合成磨料浆水，然后由磨料喷嘴喷出形成磨料射流，其速度比水射流高75%左右。

因此，预混磨料射流中的磨料动能高，从而达到高效、优质、无污染的喷丸效果。

关键词：喷丸强化技术。

水射流。

供料方式。

针对前混合磨料水射流喷丸强化技术的工作原理及其供料系统,比较出前混合磨料水射流与后混合磨料水射流喷丸技术之间的差异,从而确定了采用该技术的优越性。

一、前混合水射流强化技术的特点传统的喷丸强化工艺因其具有提高金属零构件抗疲劳断裂和抗应力腐蚀断裂能力而得到了广泛的应用,但是还存在以下不足:（1）由于零构件的凹槽部位和粒不能有效撞击,易产生喷丸死角,造成无法实施强化或喷丸强度不足;（2）喷丸强化表面粗糙度达不到要求;（3）气动高强度喷丸效率低,不能达到节省能源的目的;（4）不能达到环保的要求。

与传统喷丸强化工艺相比,高压水射流喷丸强化技术具有以下特点:1）能对存在狭窄部位、深凹槽部位的零件表面以及复杂结构零构件、微小零件表面等进行无死角喷丸强化;2）通过调整射流压力能对不同硬度的材料进行大面积喷丸强化,具有广谱性,尤其适用于超高硬度、超脆材料零构件的表面喷丸改性;3）喷丸表面粗糙度值变化很小,可减少应力集中现象,提高强化增益效果;4）对喷丸装置抗压性要求较低,有利于降低生产和维护成本;5）喷丸表面温度变化较小,不会改变材料的物理性质和化学性质;6）喷头体积小,移动方便,易于实现光控、数控及机械手控制,提高喷丸强化质量;7）整套工装体积不大,可以装在机动车上进行远距离操作和外场作业;8）强化过程中不会产生有害气体及粉尘,有利于环境保护和操作者的健康绿色喷丸强化。

二、前混合水射流强化机理前混合磨料水射流喷丸强化技术是将混合磨料技术引入到喷丸领域,以实现优质、高效、节能、安全、环保的湿式绿色喷丸强化新工艺。

高压水射流喷丸强化机理就是将携带巨大能量的高压水射流以某种特定的方式高速喷射到金属零构件表面上,使零构件表层材料在再结晶温度下产生塑性形变(冷作硬化层),呈现理想的组织结构(组织强化)和残余应力分布(应力强化),从而达到提高零构件周期疲劳强度的目的。

磨料水射流喷嘴内流场的数值模拟

圆柱段的长度决定了流体的混合系数，短使得过
流体混合不充分，长会增加磨阻，过因此，料喷嘴的磨
要研究方向：机械电子工程和数控技术。
２１０２年第１Ｏ期
液压与气动
６７
式中，为动力黏性系数；、ｉＪ为三维直角坐标系中的坐标方向和速度分量方向（、ｉＪ＝１２３；一，，）Ｐ粘性应力，与时均流速梯度呈正比。其中：
用寿命。
２２磨料水射流喷嘴内液固两相流的数学模型．
喷嘴内实际流体在流动时，均具有粘性；体在磨流料水射流喷嘴内处于高度复杂的非稳态紊流状态。根据牛顿第二定律、质量守恒定律，用等温不可压缩稳运
态雷诺时均 Ⅳ一｜方程，立高雷诺数的标准ｋ一占双ｓ建
方程紊流封闭的数学模型，控制方程组如下ＩＪ４：连续性方程为：
ＯｘＶ
一
２磨料水射流喷嘴物理及数学模型２１磨料水射流喷嘴物理模型．
磨料水喷嘴的内部结构由锥形人口和圆柱形出口
ＣＨＥＮｉｇｃｅｇ，ＧＵＯｏｇｈｎ，ＬＥＩＹｕ－ｏｇ，ＣＨＥＮｉＴｎ－ｈｎＺｎ — ｕａｙｎＬｎ，ＷＡＮＧｎｇｗｅＹｏ－ｉ
（西华大学机械工程与自动化学院，四川成都
６０３）１０９
摘
要：文以后混合磨料水射流水喷嘴为研究对象，于两相流动的欧拉一拉格朗日和高雷诺数的标该基

基于fluent水射流仿真分析

5.2.2 The question can solved by Fluent…………………………………...53
2.3The structure and capability of the whirling cone nozzle………..…………17
3Mathematic describe of the whirling cone jet……………………….……………20
3.1The concept of the whirling degree…………………………………………..20
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得安徽理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
5.1.6 The solution process of CFD………………………………………...47
5.2Introduction of the software Fluent…………………………………………...49
5.2.1 The capability and framework of Fluent……………………..………..51
This article introduce the essential theory brieflyof whirlingcone jetting,and thepracticework of the data collection of experiment.Andby this tointroduce the chief functionsystemicallyof the software Fluent,and by this to simulate the process of whirlingcone jetting.Ultimately to explain reasonably the influence by the whirl body to the capability of whirlingcone jetting.

机械加工-磨料水射流技术PPT

水射流微细加工技术
水射流(Water Jet)是20世纪70年代发展起来的一门新技术。七十年代末，高压柱塞泵和增压器的问世，极大地促进了高压水射流技术的研究和发展。八十年代后，为提高水射流对物料的冲蚀效果，世界各国相继研究开发出磨料水射流(Abrasive Water Jet)、脉冲射流 (Pulse Water Jet)、自激振荡脉冲射流(Selfexcited Water Jet)和空化射流(Cavitation Water Jet)等新型射流。
磨料冲蚀加工原理及过程
磨料水射流是固体磨料与高速流动的水互相混合而形成的固液两相介质射流。高压水的动能大部分传递给磨料，被加速的磨粒以很大的能量冲击、磨削材料。大量磨料粒子的微切割的作用累积，使材料渐进破坏。
加工机床
1．磨料 2．磨料储存容器 3．供应水 5．控制单元 6．喷嘴
4．泵
磨料
适用范围
磨料水射流是水射流技术的一种形式，一般说来，大多数的柔软材料和一些薄的硬材料，例如泡沫塑料、纸张、纤维板、地毯、玻璃纤维、食品、合成材料、电路板、丙烯片等，都可以用纯水射流切割，磨料水射流则几乎可切割任何材料。通常，钛、铝合金，高强度钢、石墨、陶瓷、花岗岩、玻璃和复合材料，均可使用磨料水射流切割方法。
加工局限
应用前景
当前工业革命的一个重要特征是产品的小型化。随着设备和器件的越来越小，以及大量新材料的开发和应用，使得微细加工技术要求越来越高。磨料水射流能加工更宽范围的材料并且产生更令人满意的切割边缘质量，不产生热影响区。对半导体行业来说，水射流技术无疑会在未来发挥巨大的作用。
以免阻塞喷嘴。石榴石是广泛应用的磨科材料；氧化铝做磨料同样可行，它比石榴石更昂贵，具有更高的强度，所以喷嘴的磨损率更高。试验数据证明，在切割更硬的材料时氧化铝是更好的磨料，例如，陶瓷。

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磨料水射流喷嘴内流场的数值模拟

基于fluent水射流仿真分析

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