基于FLUENT的前混合磨料射流喷嘴流场的数值模拟

摘要

前混合磨料水射流技术形成于上世纪80年代，由于与纯水射流和后混合磨料水射流技术相比有许多优点，因此在实际工程中得到广泛的应用。在前混合磨料水射流技术中，水和磨料形成的射流属于液固两相流的研究范围，目前研究其流场的方法通常有理论分析、实验观测和数值模拟三种，其中数值模拟最为方便。本文就运用数值模拟方法对前混合磨料水射流技术中喷嘴内外的液固两相流场进行了分析，其主要研究内容如下:
　　首先，介绍了高压水射流技术的发展过程、前混合磨料水射流技术的工作原理与国内外关于纯水射流和磨料水射流的数值模拟研究现状，提出了本课题具体的研究内容及意义。
　　然后，概述了前混合磨料水射流数值模拟中需要用到的基本知识，主要包括流体力学和计算流体力学基础知识，为进一步做数值模拟奠定了理论基础。
　　最后，基于流体力学与计算流体力学的理论基础，利用常用的计算流体力学(CFD)软件Fluent对前混合磨料水射流喷嘴内外的液固两相流场进行数值模拟，通过对不同的喷嘴结构、圆柱段长度、磨料浓度和磨料粒径四个方面进行分析，得到圆锥短直线型喷嘴、圆锥长直线型喷嘴的圆柱段长度为50mm、磨料浓度为30％时对前混合磨料水射流切割最有利，磨料粒径无明显影响。
　　本文针对非淹没条件下的前混合磨料水射流进行数值模拟，弥补了国内在此方面研究的不足;综合考虑磨料和水的速度分布规律、喷嘴内外的压力分布规律及射流聚集性三个方面，更全面、更准确的比较数值模拟的结果。本课题研究丰富了射流的理论知识，对实际工程中的应用也有一定的指导作用。

目录

声明

摘要

引言

1 绪论

1．1 高压水射流技术概述

1．2 国内外数值模拟研究现状

1．2．1 纯水射流的数值模拟现状

1．2．2 磨料水射流的数值模拟现状

1．3 本课题研究内容及意义

1．4 本章小结

2 流体力学与计算流体力学基础

2．1 流体力学基础

2．1．1 一些基本概念

2．1．2 流体流动的分类

2．1．3 流体流动的控制方程

2．2 计算流体力学基础

2．2．1 计算流体力学概述

2．2．2 计算流体力学与数值模拟

2．2．3 有限体积法的基本思路及求解步骤

2．3 本章小结

3 基于Fluent的前混合磨料水射喷嘴流场的数值模拟

3．1 多相流简介

3．1．1 多相流理论与数值模拟

3．1．2 欧拉多相流模型

3．2 FLUENT软件简介

3．3 三种喷嘴内外部流场Gambit建模

3．3．1 喷嘴结构与参数的确定

3．3．2 创建几何模型

3．3．3 划分网格

3．3．4 边界和区域类型的指定

3．4 FLUENT模拟计算过程

3．4．1 导入mesh文件

3．4．2 模型的设定

3．4．3 操作环境的设置

3．4．4 定义流体的材料属性

3．4．5 定义各相

3．4．6 设置边界条件

3．4．7 求解方法的设置及其控制

3．5 本章小结

4 前混合磨料水射流液固两相流场数值模拟分析

4．1 三种喷嘴内外流场数值模拟结果及分析

4．1．1 三种喷嘴内部压力比较

4．1．2 三种喷嘴内外速度场比较

4．2 圆柱段长度对圆锥长直线型喷嘴的影响

4．2．1 压力比较

4．2．2 速度比较

4．3 不同磨料浓度对圆锥短直线喷嘴内外部流场的影响

4．3．1 压力比较

4．3．2 速度比较

4．4 不同磨料粒径对圆锥短直线喷嘴内外部流场的影响

4．5 本章小结

结论

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果