高压水除鳞喷嘴射流特性的CFD仿真

摘要

除鳞一直是中厚板轧钢工艺中不可缺少的一道重要工序，除鳞效果的好坏直接影响钢板的质量。在整个高压水除鳞设备中，喷嘴是使水流由高压低速转化成为低压高速射流的关键元件。喷嘴的结构和喷口形状对水射流的出流速度，射流束形状，打击力大小及其分布有着重要的影响。因此对喷嘴的分析研究显得极为重要。 CFD是20世纪60年代伴随着计算机技术迅速崛起的学科。近十年来，随着计算机技术的迅猛发展，CFD在多种领域得到了飞速发展和广泛应用。Fluent是一款功能强大的CFD软件。针对各种复杂流动的物理现象，Fluent软件采用不同的离散格式和数值方法，以期在特定的领域内使计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳组合。从而高效率地解决各个领域的复杂流动的计算问题。 本文以高压水除鳞喷嘴射流为研究对象，使用Fluent对高压水除鳞喷嘴的内、外部流场进行数值模拟，分析了内、外部流场的压力和速度变化，完成以下工作： (1)建立了完整的高压水除鳞喷嘴特性测试试验台。本文主要包括水压部分和电控部分的设计与关键元件的选择。 (2)利用三维模型对喷嘴内部流场进行仿真。通过对喷嘴内部流场的压力云图、速度矢量图等的分析，研究喷嘴内部流场的压力和速度变化规律，并对仿真结果进行了检验。 (3)利用气液两相流模型对喷嘴外部射流场进行仿真。通过对喷嘴外部流场的气液两相流仿真，分析了喷嘴外部流场的射流特性。 (4)通过对喷嘴外部流场压力云图、压力矢量图的分析，研究了喷嘴外部射流场的压力特性；同时研究了周围空气介质对高速射流束的速度影响以及射流在各个阶段的基本特性。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2国内外高压水除鳞喷嘴的发展现状

1.2.1国外除鳞喷嘴的发展现状

1.2.2国内除鳞喷嘴的发展现状

1.3 CFD概述

1.3.1 CFD简介

1.3.2 CFD的发展历史

1.3.3 CFD的软件

1.4本课题研究的内容

1.5本课题的研究意义

第二章除鳞喷嘴射流特性试验台

2.1试验台的基本功能

2.2关键元件选择与计算

2.3水系统的工作原理

2.4电气控制系统

2.5计算机监测系统

2.6本章小结

第三章喷嘴内部流场仿真

3.1引言

3.2流体在喷嘴中流动的数学模型

3.3流体在喷嘴中流动的几何模型

3.4 Fluent求解

3.4.1 Fluent简介

3.4.2 Fluent求解

3.5仿真结果的对比与检验

3.5.1不同形状喷口的仿真

3.5.2喷口当量直径为2.3mm的圆形喷嘴在不同压力下的仿真

3.5.3仿真结果的比较分析

3.6本章小结

第四章喷嘴外部流场气液两相流仿真

4.1模型建立

4.2外部流场的Fluent仿真

4.3本章小结

第五章总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢