基于甘草清洗的高压水射流扇形喷嘴仿真研究

摘要

针对甘草清洗过程中存在的根茎易缠绕、清洗不净、甘草酸易溶于水、清洗效率低等问题，本文提出基于高压水射流的双面扇形喷嘴清洗方案。高压水射流清洗以其清洗效率高、去污力强、对环境污染低、成本低而广受好评，广泛应用于各种清洗场景。扇形喷嘴产生平坦均匀的扁平射流，具有良好的致密性，其清洗面积也比圆柱喷嘴大得多，但是由于射流扩散使射流能量和打击力损失很多，因此往往采用较高压力。本文在不同结构参数、双面喷嘴清洗中不同靶面距离和不同入口压力对射流的影响规律等方面进行仿真研究。对高压水射流扇形喷嘴清洗的仿真研究对甘草清洗设备的开发具有重要意义。
　　首先，本文根据流体动力学理论，分析高压水射流的结构、基本参数和清洗机理，介绍低、高压扇形喷嘴及其结构，为后续研究确定了理论基础。
　　然后，借助Gambit和Fluent软件，建立高压水射流扇形喷嘴的仿真模型，分析扇形喷嘴的主要结构参数（入口直径、入口段长度、收缩段长度、出口直径、出口段长度、V型槽角度和切槽偏移量）对射流速度、水相含量、靶面冲击力和喷嘴流量的影响。对射流速度、水相分布、冲击力和流量影响较大的主要参数有出口直径、V型槽角度、切槽偏移量。
　　最后，建立双面扇形喷嘴清洗模型，分析不同靶面距离下的射流特性，发现：靶面距离增大，等速核区减小，射流逐渐发散，其集束能力下降，冲击力先增大后减小；在射流交汇面内的径向动压呈高斯分布，以射流中心的动压最高，对比得到最佳靶距为200mm；在不同的压力入口条件下，压力愈大，射流速度愈高，交汇面内径向动压愈高，冲击力愈大，喷嘴流量亦愈大，射流交汇面亦随之上移。基于此，合理选择靶面距离和入口压力对射流清洗效果至关重要。