基于FLUENT的压电式无针注射器喷嘴射流分析

摘要

为研究压电式无针注射器的喷嘴结构对其射流形态、平均喷射速度和平均湍流强度的影响,首先,基于粘性不可压缩流体纳维-斯托克斯方程,利用计算流体动力学软件Fluent的Realizable k-ε湍流模型和流场体积函数多相流模型,对四种结构的喷嘴高压自由射流进行数值模拟,结果显示,锥柱形结构的喷嘴能得到可控性较好的对称射流;其次,利用正交试验法对锥柱形结构喷嘴的锥形收缩角和中部圆柱长度进行设计仿真分析,以得到上述结构参数及其交互作用对喷嘴的平均喷射速度和平均湍流强度的影响;最后,利用SPSS软件对仿真结果进行分析。结果表明,中部圆柱长度对喷嘴的平均喷射速度和平均湍流强度具有显著影响,锥形收缩角对前者无显著影响,而对后者具有显著影响,中部圆柱长度和锥形收缩角的交互作用对前者和后者均无显著影响。综合考虑,当锥形收缩角为30°、中部圆柱长度为0.2mm时,锥柱形喷嘴可得到最佳射流特性,此时出口平均速度可达6.56m/s,湍流强度均值为1.04%。该研究可为压电式无针注射器的喷嘴设计提供参考。