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基于CFD技术的脉冲防暴水炮高压气嘴的结构设计

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２０　机械设计与制造　

Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　第６期　２０１１年６月　

文章编号：１００１—３９９７（２０１　１）０６—００２０—０２　

基于ＣＦＤ技术的脉冲防暴水炮高压气嘴的结构设计术　

战仁军一汪送１，２佘代锐　

（　武警工程学院，西安７１００８６）（　空军工程大学工程学院，西安７１００３８）　

Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｕｌｓｅｄ　ａｎｔｉ—。ｒｉｏｔｓ　ｗａｔｅｒ　ｃａｎｎｏｎ　

ｇａｓ　ｎｏｚｚｌｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＣＦＤ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

ＺＨＡＮ　Ｒｅｎ－ｊｕｎ１，ＷＡＮＧ　Ｓｏｎｇ　一．ＳＨＥ　Ｄａｉ－ｍｉ。　

（　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　ＣＡＰＦ，Ｘｉ’ａｎ　７１００８６，Ｃｈｉｎａ）　

（２Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ａｉｒ　Ｆｏｒｃｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ　７１００３８，Ｃｈｉｎａ）　

【摘要】射流出口速度值是影响脉冲防暴水炮技术性能的敏感因素，为研究不同结构气嘴对射　

流出口速度的影响，采用ＣＦＤ技术数值研究了三种不同入口面积气嘴的二维流场，其中大涡模拟方法　和二维非稳态的ＶＯＦ模型被用于描述气嘴流场的湍流分布和追踪管内外的气液界面，研究发现过大　

或过小的气嘴入口面积都会减慢水炮的发射过程，不同的气嘴结构对于初始时刻的射流形状是没有影　

响的，但因改变了管内的气液参混过程，从而导致对射流的一次和二次雾化产生不同影响。　

关键词：脉冲防暴水炮；气嘴优化；大涡模拟；ＣＦＤ技术；射流雾化　

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｗａｔｅｒｊｅｔ　ｎｏｚｚｌｅ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｉｓ　ｓｕｃｈ　ａ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｅｆａｃｔｏｒ　ｔｈａｔ　ｍａｙ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｐｅｒｉｏｒ－＿　

ｍａｎｃｅ　ｏｆｐｕｌｓｅｄ　ａｎｔｉ－ｒｉｏｔｓ　ｗａｔｅｒ　ｃａｎｎｏｒＬＩｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｓｔｕｄｙ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｇａｓ－ｎｏｚｚｌｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｔｏ　ｗａｔｅｒ　

ｊｅｔ　ｎｏｚｚｌｅ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ．２＿Ｄｆｌｏｗｆｉｅｌｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｒｅｅ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｇａｓ－ｎｏｚｚｌｅｓ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｉｎｌｅｔ　ａｒｅａ　ｉｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｂｙ　ａｄｏｐｔｉｎｇ　

ＣＦＤ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｖａｌｕｅ，ｉｎ　ｗｈｉｃｈ　ｌａｒｇｅ　Ｅｄ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ＶＯＦ　ｍｏｄｅｌ　ｗｅｒｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｄｅｓｃｒｉｂｅ　ｔｈｅ　ｔｕｒｂｕｌｅｎｔｆｌｏｗ　

ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｒａｃｋ　ｔｈｅ　ｇａｓ－ｌｉｑｕｉｄ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｂｏｔｈ　ｉｎｓｉｄｅ　ａｎｄ　ｏｕｔｓｉｄｅ　ｏｆｔｈｅ　ｐｉｐｅ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｈｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｂｉｇｇｅｒ　ｏｒ　ｓｍａｌｌｅｒ　ｔｈｅ　ｇａｓ－ｎｏｚｚｌｅ　ｅｎｔｒａｎｃｅ　ａｃｒｅａｇｅ　ｉｓ，ｔｈｅ　ｌａｕｎｃｈ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｍａｙ　ｂｅｃｏｍｅ　ｓｌｏｗｅｒ，ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｇａｓ－ｎｏｚｚｌｅ　ｗｉｔｈ　

ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｍａｙ　ｎｏｔ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｔｈｅ　ｇａｓ－ｌｉｑｕｉｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ａｔｆｉｒｓｔ，ｂｕｔ　ｍａｙ　ｃａｕｓｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　

ｆｉｒｓｔ　ａｎｄ　ｓｅｃｏｎｄ　ｗａｔｅｒｊｅｔ　ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ　ｓｉｎｃｅ　ｇａｓ－ｌｉｑｕｉｄ　ｍｉｘｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｎｓｉｄｅ　ｔｈｅ　ｐｉｐｅ　ｉｓ　ｃｈａｎｇｅｄ　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｐｕｌｓｅｄ　ａｎｔｉ－ｒｉｏｔｓ　ｗａｔｅｒ　ｃａｎｎｏｎ；Ｇａｓ　ｎｏｚｚｌｅ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；Ｌａｒｇｅ　ｅｄｄｙ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ＣＦＤ　

ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｗａｔｅｒｊｅｔ　ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ　

中图分类号：ＴＨ１６，ＴＶ１３ｌ文献标识码：Ａ　

１引言　

脉冲防暴水炮是一种基于射流雾化技术的骚乱人群刺激驱散　

设备，为强化其雾化效果，增大射流射程，在射流动力过程研穷方面　已取得了一些进展　。刺激剂粒径分布、雾幕浓度、有效作战体积、　

最大射程、发射频率、携水携气量和操作及维修的简便性等是水炮　

的性能评价指标，其中前４个指标均与射流出口速度大小有关，而　发射频率反映装备的威慑Ｉ生，携水携气量表征装备持续作战能力的　

高低，操作维修的简便性则体现的是装备的可保障性。射流出口速　

度大小与水炮结构参数、动力参数等有关，而高压气嘴作为将压缩　气体静压转化为水的动能的关键部件，其结构对水炮ｌ生能有着重要　

影响，但目前未见大尺寸的高速高压气嘴的研究报道，因此将采用　

ＣＦＤ技术数值研究３种不同结构高压气嘴对水炮管内气液参混及　

射流加速过程的影响，拟找到一种较为优化的气嘴结构。　

２气嘴结构　

为研究不同结构类型高压气嘴对脉冲防暴水炮性能的影　

响，找到较为优化的气嘴结构，将数值研究３种气嘴结构，分析不　同结构下的管内气液参混，速度压力分布情况，比较管口射流形　

状及速度的衰减。３种气嘴结构如图１所示，３种气嘴总长一致，　

★来稿日期：２０１０—０８—１２女基金项目：国家自然科学基金（５０８７６１１３）　只是入口面积不同，具体参数，如图１所示。　

ｒｌ　ｌ　３２ｍｍ　

：　ｍ　Ｉ　ｌ　ｌ２ｍｍ　Ｉ　Ｉ　●　ｌ　ｌ　

｝　

图１高压气嘴结构示意图　

３数值模拟模型及参数设定　

为较为精确地描述管内湍流运动的细节，考虑到计算资源的　

限制，采用大涡模拟方法　来展开数值模拟，采用二维ＶＯＦ模型目　对气液界面进行追踪。大涡模拟的一阶时间离散格式耦合二维非稳　

态隐式ＶＯＦ模型将用于数值求解。由于计算区域相对较规则，为减　

小网格生成及计算时间，采用结构化网格划分方法。对气嘴和发射　

管边界的网格进行了加密处理。发射时高压气体自动膨胀，因此模　

拟没有入口边界条件。采用压力出口边界条件，出口压力设为　

ＯＭＰａ，高压气室初始压力２．５ＭＰａ，发射管内注满水，水量约为１Ｌ。

　第６期　战仁军等：基于ＣＦＤ技术的脉冲防暴水炮高压气嘴的结构设计　２１　

４结果及分析　

４．１气嘴结构对射流出口速度的影响　

射流出口速度值是影响水炮性能指标的重要因素，通过监视　获得发射管喷口处的平均速度值可以有效判断不同气嘴结构对速　

度的影响。如图２所示，喷ＶＩ出口平面平均速度时间曲线图可以看　

出，在９ｍｓ以前三种气嘴结构下的射流出口速度值是基本相等的，　

这说明在初始时刻不同的气嘴结构尚未影响到发射管内的气液能　

量转换。随着时间的增加，当管内气液参混区域开始贯穿喷口时，由　

于不同的气嘴结构导致了不同的管内气液参混，因两相界面的异　

同，引起了在喷口处不同的气体膨胀规律，从而对射流在喷口处的　

一次雾化产生不同的影响。从图可知，气嘴入口面积越小，在气体贯　穿时喷口平面有更大的速度，因此在（９～１２）ｍｓ间，ｂ气嘴的速度值　

最大，ａ次之，ｃ最小。１２ｍｓ后喷口处的速度主要是管内气体的速　

度，此时管内高速气体对射流在空气中的二次雾化有促进作用。　

１５０　

一　｛　兽１００　

５０　

Ｏ　ｔ（ｓ）　图２喷口出口平面平均速度时间曲线　４＿２气嘴结构对压力递减规律的影响　

压力的变化梯度反应的是管内气液能量转换的效率，如图３　

所示的高压气嘴出口处压力变化曲线图可以看出，３种气嘴结构　

在气嘴出口处的压力变化情况相差并不大，说明管内气体膨胀做　

功效率的基本相等的，但细微差别的存在导致了管内气液参混过　

程的异同。　

ｔ（ｓ）　图３高压气嘴出ＶＩ处压力变化曲线　４．３气嘴结构对气液两相分布的影响　

气嘴结构对于初始阶段的出口段射流形状影响较小，而且不　同结构所得的射流形状与高速相机所拍摄的实验图片也吻合较好　

（如图４所示，９ｍｓ时发射管内外的气液两相分布图可知），这种现　象说明初始时刻的射流形状受发射管形状及长度的影响，而与气嘴　

入口面积大小无关。但由于不同的气嘴结构导致了管内不同的气液　

参混，从而导致气体贯穿喷口时，管内的气液参混区域有着不同的　

膨胀规律，因此引起后续射流形状的变化。如图５所示，２０ｍｓ时发　

射管内外的气液两相分布图可以看到，２０ｍｓ时管外射流的形状是　

完全不同的，因此可见气嘴结构对于射流在喷口处的一次雾化及进　

而在空气中的二次雾化有重要影响。图中还可以看出，气嘴ｂ和ｃ　在２０描述时管内有少量水残余，而气嘴ａ中无残留水，这中现象在　

实验中也有体现，而且随着发射倾角的增大，水的残余越多。　

高速相机　所拍摄的　实验图片　

（ｂ）　

（ｃ）　图４　９ｍｓ时发射管内外的气液两相分布图　

（ｂ）　

（ｃ）　图５　２０ｍｓ时发射管内外的气液两相分布图　

４．４气嘴结构对轴线上速度分布的影响　如图６所示，８ｍｓ时３种高压气嘴轴线上的速度分布图可　

以看出，同一时刻不同结构的气嘴所完成的发射过程是不同的。　

ｘ（ｍ）　图６　８ｍｓ时３种高压气嘴轴线上的速度分布图　图中：　广气嘴ａ，ｂ，Ｃ管内的水柱长度；

　厂气嘴ｂ管外射流　２２　机械设计与制造　

Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　第６期　２０１１年６月　

文章编号：１００１—３９９７（２０１　１）０６—００２２—０３　

车载式施药机桁架有限元分析　木　

张赛卓朱瑞祥李凯　

（西北农林科技大学机械与电子工程学院，杨凌７１２１００）　

Ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｔｒｕｓｓ　ｏｆ　ｖｅｈｉｃｕｌａｒ　ｐｅｓｔｉｃｉｄｅ　ｓｐｒａｙｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅ　

ＺＨＡＮＧ　Ｓａｉ—ｚｈｕｏ，ＺＨＵ　Ｒｕｉ－ｘｉａｎｇ，ＬＩ　Ｋａｉ　

（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ　

Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｇｌｉｎｇ　７１２１００，Ｃｈｉｎａ）　

；　【摘要】通过对现有６ｍ宽两折叠桁架的节点、杆件尺寸及整体结构进行分析，运用经验设计方　

｝法设计了一架１２ｍ宽四折叠车载式施药机桁架。采用ＣＡＤ技术对桁架进行结构设计，利用三维建模软　

ｌ件对设计好的桁架结构进行实体建模，然后通过三维建模软件与ＡＮＳＹＳ软件数据转换接口，将建好的　

｝模型导入ＡＮＳＹＳ中，利用ＡＮＳＹＳ技术对经验设计的桁架结构进行有限元静力分析。由分析结果可知，　

｝经验设计存在很多不合理之处，而通过ＡＮＳＹＳ分析可以节省设计材料，加强桁架结构的刚度和强度，　

；合理的选择尺寸、布置结构的节点，对经验设计的不合理之处进行了改进。　

｝　关键词：施药机械；桁架；静力分析；ＣＡＤ；ＡＮＳＹＳ　

ｌ　【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ａｆｔｅｒ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｎｏｄｅｓ、ｌｉｎｋａｇｅ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｏｖｅｒａｌｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｔｗｏ　

｝ｆｏｌｄｉｎｇ　ｔｒｕｓｓ　ｗｉｔｈ　６　ｍｅｔｅｒｓ　ｗｉｄｔｈ，０ｆｏｕｒｆｏｌｄｉｎｇ　ｔｒｕｓｓ　ｏｆｖｅｈｉｃｕｌａｒ　ｐｅｓｔｉｃｉｄｅ　ｓｐｒａｙｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｗｉｔｈ　１２　ｍｅ—　ｌ　ｗｉｄｔｈ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈ。ｄ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒ　ｎｃｅ　ｄｅ　ｉｇｎ．Ｔｈｅ　ｓｔｒ　ｃ　“ｒｅ　ｏｆ　ｔｒ　ｓ　ｗａｓ　ｄｅ　ｓｅｄ　ｗｉｔｈ　ＣＡＤ　

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冲击式水轮机喷嘴CFD优化设计

冲击式水轮机喷嘴CFD优化设计

冲击式水轮机喷嘴CFD优化设计

HYDRAULIC OPTIMIZATION DESIGN

WITH CFD ANALYSIS METHOD ABOUT

THE NOZZEL OF PELTON TURBINE

摘 要

我国是个水资源丰富的国家。作为利用水资源的能量转换设备水轮机，主要分为两种类型，一种是反击式水轮机，另一种是冲击式水轮机。国内反击式水轮机已经发展到相当高的水平，但对冲击式水轮机的研究尚显不够，本课题就其部件之一喷嘴的能量指标而对喷嘴进行了数值模拟。

冲击式水轮机具有高水头没有汽蚀条件条件的限制,调节系统比较简单,运行操作方便等优点，广泛应用于高水头水电站中。

本文分析了冲击式水轮机的工作原理、能量损失和参数选择，其中着重分析了喷嘴的结构、工作原理和影响因素；分别介绍了流场分析软件Fluent的计算原理和软件结构，其中重点介绍了其计算原理，从计算流体力学的角度，再现了CFD软件的工作过程及其优缺点；通过以上两方面的理解，为喷嘴的数值模拟的进一步工作打下基础。

根据喷嘴的结构，编写小程序对喷嘴进行了几何建模;并根据喷嘴的工作原理和Fluent的流场计算原理，对喷嘴进行了数学建模;然后根据其几何模型和数学模型对喷嘴进行了数值模拟。在计算模型选择上，本课题选择二维轴对称粘性两相流模型；在边界条件的给定上，借鉴了哈尔滨电机厂的实验数据。

针对喷嘴两相流后处理编写了后处理程序，应用于喷嘴效率的计算，并通过与传统的方法对比发现，编写的后处理程序计算的喷嘴效率精度明显提高。通过对喷嘴效率的对比计算发现，喷嘴角度在90度附近达到一个极大值。对喷针表面静压力分析发现，其静压力并不是沿喷针表面平稳下降的，而在喷针头达到一个极大值，并由此受到启发，分析了喷嘴效率随压力相对行程的关系。最后，总结分析了喷嘴流量计算公式，改进了流量系数，得出流量系数是喷针相对行程的三次函数。

关键字： 喷嘴效率；流场计算；喷嘴流量公式；喷嘴优化设计

高压水射流喷嘴的设计及其结构优化

高压水射流喷嘴的设计及其结构优化

高压水射流喷嘴的设计及其结构优化

针对于水射流切割系统而言，关键的设备之一就是喷嘴，严重影响射流内部流场和水射流动力学性能。通过分析和研究传统直线类型喷嘴，改进喷嘴流道结构，将既具有过渡段和平直段又具有收缩段的流线型喷嘴设计出来。

标签： 高压；水射流喷嘴；设计；结构

前言：无论对射流流场分布，还是水射流力学性，喷嘴都具有至关重要的影响。喷嘴结构好能够将水射流加工的精度和效率有效地提升。喷嘴内部水射流运动的速度也非常快，因此，嚴重磨损喷嘴的结构[1]。怎样设计出既能够满足加工效率和精率又耐用的喷嘴结构，是当前国内外学者研究和分析的重要课题。

一、设计高压水射流喷嘴

（一）水射流结构和机理

1.水射流的结构。射流就是流体通过小孔或者狭缝流动的一种现象。水射流结构图见图1所示。

图1中分为初始段、基本段、转折段以及消散段四个段。射流初始段，射流离开喷嘴，虽然就会由于与环境介质能量的转换，而有扩散和紊动剧烈地发生，但是，射流速度并没有改变，而且射流轴线方向上的动压力值和密度，都是保持不改变的。基本段，射流轴向速度值和动压力值都在渐渐地且有规律地减小，在与轴线断面上垂直时，无论是射流的轴向速度值，还是动压力值，分布都是呈高斯曲线。转折段，由于射流方向和大小都会有一个突变，所以称此段为“转折段”。消散段，也是射流最后的一段，射流与射出环境介质在该段中已经完全融合，射流轴向速度和动力值这时都非常小。结合不同需求来利用不同段的射流，致使射流的最大能量转换率和使用率能够有效地实现[2]。

2.水射流的机理。

水射流就是通过一系统或者一个小孔，将一定静压水喷射成水流且形成细小流线束，致使这种细小流线束既具有较高动压，又具有较高流速。根据不同标准，水射流分类也不同。

根据驱动压力分：可以分为超高压水射流、高压水射流、中压水射流以及低压水射流。该文水射流压为选用的是200Mpa，属于超高压水切割。

根据环境介质分：可以分为淹没式式射流和非淹没式射流。淹没式射流就是射流在其他液体或者水中射入；非淹没式射流就是射流在空气中直接射入。该文采用空气加工的水切割机，因此，水射流也就是非淹没式射流[3]。

锥形发射管脉冲防暴水炮雾化过程的仿真研究

锥形发射管脉冲防暴水炮雾化过程的仿真研究

第２９卷第３期　计算机仿真　２０１２年３月　

文章编号：１００６—９３４８（２０１２）０３—００８５—０５　

锥形发射管脉冲防暴水炮雾化过程的仿真研究　

吴云刚，战仁军　

（武警工程学院装备运输系，陕西西安７１００８６）　

摘要：研究防暴水炮优化雾化效果问题，采用流体力学和空气动力学理论，建立了脉冲水炮外流场数学模型．在ＶＯＦ和ＬＥＳ　模型相结合的基础上，将发射管形状由圆柱形改变为锥形，并利用ＯｐｅｎＦＯＡＭ软件对近喷口流场进行了数值仿真。通过研　究发现锥形发射管在雾化效果和射程上均优于圆柱形发射管，并通过对锥形发射管近喷口流场雾化形态、雾化角、速度云图　的仿真、分析，确立了锥度为ａ＝８７．７４。的发射管较为合理，为脉冲水炮进一步优化提供了借鉴意义。　关键词：脉冲防暴水炮；数学建模：仿真研究　中图分类号：Ｔｖ　１３ｌ　文献标识码：Ｂ　

Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　Ｐｕｌｓｅｄ　Ａｎｔｉ——ｒｉｏｔｓ　

Ｗａｔｅｒ　Ｃａｎｎｏｎ　ｗｉｔｈ　Ｃｏｎｉｃａｌ　ｌａｕｎｃｈ　Ｐｉｐｅ　

ＷＵ　Ｙｕｎ－ｇａｎｇ．ＺＨＡＮ　Ｒｅｎ－ｊｕｎ　

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ａｎｄＴｒａｎｓｐｏｎａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　ＣＡＰＦ，Ｘｉ’ａｎ　Ｓｈａｎｘｉ　７　１００８６，Ｃｈｉｎａ）　

ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆ　ｆｌｕｉｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ａｎｄ　ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ，ｗｅ　ｂｕｉｌｔ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｐｕｌｓｅ　

ｗａｔｅｒ　ｃａｎｎｏｎ．Ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｔｈｅ　ＶＯＦ　ｗｉｔｈ　ＬＥＳ　ｍｏｄｅｌ，ｗｅ　ｃｈａｎｇｅｄ　ｔｈｅ　ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｌａｕｎｃｈ　ｐｉｐｅ　ｉｎｔｏ　ａ　ｃｏｎｉｃａｌ　

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｕｓｅｄ　ｔｈｅ　ＯｐｅｎＦＯＡＭ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｔｏ　ｓｉｍｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　ａｒｅａ　ｎｅａｒ　ｔｈｅ　ｎｏｚｚｌｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｉｔ　ｗａｓ　ｆｏｕｎｄ　

基于CFD的空化喷嘴结构参数研究

基于CFD的空化喷嘴结构参数研究

基于CFD的空化喷嘴结构参数研究

马超群

【摘 要】Using the cavitation can improve the cleaning effect of nozzle

significantly. CFD in analysis of field flow in the cavitation nozzle is applies.

On the different inlet pressure, water and air' s angle that into the

cavitation chamber and the location of air channels are contrast analysed,

then analysed the simulation results. The simulation results show that with

the increase of inlet pressure, the velocity increases, the water content

reduces; the angle of water enters the cavitation chamber is 10 degrees,

the angle of air is 135 degrees, and the location is 8 mm has better

capability of flushing, and the range is farer. The calculation results provide

useful reference for nozzle' s design and research.%利用空化特性使喷嘴显著提高射流的清洗效果.利用CFD工具对空化喷嘴内外流场进行了两相流的数值模拟.比较分析了不同进气压力、水和空气进入空化腔的角度和空气进入空化腔的位置对流场的影响,并对仿真结果进行了分析研究.结果表明,随着进气压力的增加,经喷嘴射流的流体速度增加,出口含水量减少.水进入空化腔角度为10°,空气进入空化腔角度为135°,且入射位置距空化腔左侧壁8 mm处时喷嘴具有较好的冲洗能力,并且射程较远.计算结果为喷嘴的进一步设计和研究提供了有益的参考.