【摘要】：前混合磨料射流清洗技術(shù)是上世紀(jì)80年代興起的一項(xiàng)技術(shù)。其工作過(guò)程如下:首先磨料和水通過(guò)磨料罐提前混合,形成的磨料漿體在一定長(zhǎng)度的耐高壓的鋼絲編織軟管中再次混合并加速,然后通過(guò)噴嘴形成高速射流,射流接觸到被清洗靶物,最終達(dá)到清洗的目的。在這個(gè)過(guò)程中,由于磨料經(jīng)過(guò)多次加速,因此射流具有較高的能量,這也是為什么前混合磨料射流可以在較低的壓力下進(jìn)行清洗和切割工作。雖然磨料射流具有很多優(yōu)勢(shì),但我國(guó)在高壓水射流清洗技術(shù)方面還存在一些問(wèn)題,其中包括噴嘴的選型、參數(shù)的選擇不夠恰當(dāng),這將會(huì)導(dǎo)致清洗設(shè)備的效率低下,使得磨料射流不能完全發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì),因此噴嘴可以說(shuō)是整個(gè)設(shè)備的核心部件。在探究噴嘴的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)射流的影響時(shí),由于磨料和水混合屬于固液兩相流,僅僅靠理論分析是不行的,而通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察也很難得到理想的結(jié)果。本文將采用數(shù)值仿真的方法,對(duì)前混合磨料射流噴嘴內(nèi)外流場(chǎng)進(jìn)行分析。為了探究噴嘴不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)噴嘴內(nèi)外流場(chǎng)的影響規(guī)律,文章通過(guò)Gambit、Fluent、Origin三種軟件,實(shí)現(xiàn)對(duì)噴嘴的結(jié)構(gòu)建模、數(shù)值模擬分析及數(shù)據(jù)后處理。根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果,可以總結(jié)出噴嘴的不同結(jié)構(gòu)參數(shù)(圓柱段長(zhǎng)度、收縮角、圓弧段長(zhǎng)度)對(duì)射流速度的影響規(guī)律,得出流線型噴嘴較為適宜用于清洗工作,最后針對(duì)清洗用流線型噴嘴,通過(guò)改變噴嘴圓柱段長(zhǎng)度、圓弧段長(zhǎng)度和收縮角等參數(shù),分析比較不同的圓柱段長(zhǎng)度、圓弧段長(zhǎng)度和收縮角參數(shù)對(duì)噴嘴的內(nèi)外部流場(chǎng)的影響,另外分析了磨料濃度對(duì)射流性能的影響,得出入口直徑為6mm、出口直徑為1mm、圓柱段長(zhǎng)度為6mm、圓弧段長(zhǎng)度為8mm、收縮角為17°的流線型噴嘴在磨料濃度介于20%和30%之間時(shí)較適宜清洗工作。本文在進(jìn)行數(shù)值模擬及參數(shù)優(yōu)化時(shí),不僅考慮水和砂的軸心速度分布及衰減程度,還分析了水和砂在不同射流截面上的速度分布。探究不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)射流性能的影響規(guī)律,探索更加適宜清洗工作的噴嘴類型,為設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)優(yōu)良、高效率的水射流噴嘴提供理論依據(jù)。
[Abstract]:Pre-mixed abrasive jet cleaning technology is a rising technology in 1980's. The working process is as follows: firstly, the abrasive slurry is mixed and accelerated in a steel wire braided hose with a certain length of high pressure resistance by mixing the abrasive and water in advance through the abrasive tank, and then a high-speed jet is formed through the nozzle. The jet reaches the target to be cleaned, and finally achieves the purpose of cleaning. In this process, the jet has higher energy due to the abrasive acceleration, which is why the pre-mixed abrasive jet can be cleaned and cut at lower pressure. Although abrasive jet has many advantages, there are still some problems in high pressure water jet cleaning technology in our country, including the selection of nozzle and the inadequate selection of parameters, which will lead to the low efficiency of cleaning equipment. The abrasive jet can not give full play to its own advantages, so the nozzle can be said to be the core part of the whole equipment. In order to investigate the influence of nozzle structure parameters on jet flow, because the mixture of abrasive and water belongs to solid-liquid two-phase flow, it is not possible to rely on theoretical analysis alone, and it is difficult to obtain ideal results through experimental observation. In this paper, numerical simulation method is used to analyze the internal and external flow field of the pre-mixed abrasive jet nozzle. In order to investigate the influence of nozzle structure parameters on the flow field inside and outside the nozzle, the structure modeling, numerical simulation and data post-processing are realized by Gambit,Fluent,Origin software. According to the data processing results, the influence of different structure parameters (cylinder length, shrinkage angle, arc length) on jet velocity can be summarized, and it is concluded that streamline nozzle is more suitable for cleaning. Finally, aiming at the streamline nozzle for cleaning, by changing the parameters such as cylinder length, arc length and shrinkage angle, the effects of different cylinder length, arc length and shrinkage angle on the internal and external flow field of the nozzle are analyzed and compared. In addition, the influence of abrasive concentration on jet performance is analyzed. The results show that the diameter of inlet and outlet is 6mm, the diameter of outlet is 1mm, the length of cylinder is 6mm, and the length of arc is 8mm. The streamline nozzle with shrinkage angle of 17 擄is suitable for cleaning when the abrasive concentration is between 20% and 30%. In numerical simulation and parameter optimization, not only the axial velocity distribution and attenuation degree of water and sand are considered, but also the velocity distributions of water and sand in different jet sections are analyzed. The influence of different structure parameters on jet performance and the type of nozzle which is more suitable for cleaning are explored, which provides a theoretical basis for the design of water jet nozzle with excellent structure and high efficiency.
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG664

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本文編號(hào)：2345227