喷头内部流场模拟及结构改进.pdf

Vol. 30 ,No. 7 ,2002 　　　　　　　　FLUID MACHINERY　　　　　　　　　　　　　　　　 21 ( ) 文章编号 : 　1005 —0329 2002 07 —0021 —02 喷头内部流场模拟及结构改进 庄 　蕾 　方 　湄 (北京科技大学, 北京 ) 　100083 摘 　要 : 　分析了一种典型的高压水射流喷头的内部流场, 并利用流体仿真软件对其进行数值仿真, 根据仿真结果对其 内部结构进行了改进。 关键词 : 　水射流; 喷头; 数值仿真 中图分类号: 　TE208 　　　　文献标识码 : 　A Simulating Flow Field Inside Nozzle and Improving Structure Zhuang Lei 　Fang Mei Abstract : 　The inner flow field of a typical nozzle has been analyzed and simulated with the simulation software. Then according to the simulation results , the inner structure of the nozzle may be improved. Keywords : 　waterjet ;nozzle ;numerical simmulation 1 　概述 方程、动量方程、能量方程以及湍流方程的 k - ε 模型方程等。为了使求解微分方程通用化, 在数 在水射流清洗设备中, 射流喷头是关键部件, 值计算中发展了粘性流体力学的统一形式。 它由喷嘴等多个零件组成, 其结构设计和加工质 量对冲击效果与清洗效率影响很大。为确定喷头 结构设计的合理性, 常常要进行理论分析和实验。 笔者在此试图利用流场模拟软件来替代实验, 简 化设计过程。 2 　原型喷头内部流场模拟 21 　原型喷头 喷头形状如图 1 所示 。由于喷头内部流道的 图 1 　自进盲孔喷头形状 方向、形状及尺寸的变化, 当高压水通过喷头时, → ( ρφ) ( ρ φ ρΓφ φ) 会产生涡流与二次环流, 这些扰动将产生能量损 t + div v - grad = s φ 失并降低射流效率。喷头内部流道的流通面积的 式中 　 ———决定方程类别的通用变量 Γ 变化应当保持最小限度; 其内表面的加工质量同 　　　 ———扩散系数 样对射流质量具有很大影响, 要确定一个相对合 　　　s ———源项 理的加工光洁度区间, 以求得喷头的能量损失减 　　　t ———时间 → 至最小, 同时加工及维护成本也比