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閱讀：68發(fā)布時(shí)間：2024-11-8
磨料水噴嘴是水射流技術(shù)應(yīng)用中獲得高能量利用率的關(guān)鍵部件之一，對(duì)射流質(zhì)量有明顯的影響。利用從噴嘴射出的具有很大動(dòng)能的射流，來(lái)進(jìn)行清洗、切割和破碎巖石等，實(shí)驗(yàn)己經(jīng)證實(shí)，如果噴嘴質(zhì)量差或耐磨性不夠，將引起射流質(zhì)量惡化，就有可能使射流設(shè)備的功率大部分都浪費(fèi)掉。因此設(shè)計(jì)一種高效噴嘴，對(duì)射流質(zhì)量的提高起到很重要的作用。在國(guó)內(nèi)，許多高校和科研設(shè)計(jì)單位開(kāi)展了噴嘴的開(kāi)發(fā)研制和理論實(shí)驗(yàn)研究，并取得了一定的進(jìn)展。如北京科技大學(xué)研究基于Visual Basic平臺(tái)的高壓水射流噴嘴的智能CAD系統(tǒng)，主要是研究噴嘴組件尺寸參數(shù)的智能選取，零件圖的自動(dòng)生成及對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。但他們的研究是針對(duì)從水噴嘴到混合室，再到磨料水噴嘴的整體設(shè)計(jì)研究，對(duì)局部細(xì)節(jié)研究的不夠深入，本文主要對(duì)磨料水噴嘴內(nèi)部結(jié)構(gòu)做了細(xì)致深入的研究，進(jìn)行仿真，優(yōu)化磨料水噴嘴內(nèi)部結(jié)構(gòu)。太原理工大學(xué)采礦工藝研究所研究了葉輪導(dǎo)引射流噴嘴內(nèi)部流場(chǎng)的流動(dòng)特性，編制了流體的三維有限元數(shù)值模擬軟件，介紹了編制原理及其構(gòu)成，通過(guò)對(duì)實(shí)例的計(jì)算揭示了噴嘴內(nèi)部流場(chǎng)的特點(diǎn)。重慶大學(xué)廖振方和唐川林關(guān)于自激振蕩脈沖射流噴嘴的理論研究和實(shí)驗(yàn)研究，根據(jù)邊界層理論和渦旋理論研制了自激振蕩噴嘴，克服了現(xiàn)有噴嘴射距短、持續(xù)能量小等缺點(diǎn)，他們研究的噴嘴主要用于清洗，本文研究用于切割的磨料水噴嘴。重慶大學(xué)李曉紅、王建生等對(duì)噴頭部件準(zhǔn)直管內(nèi)磨料射流流動(dòng)機(jī)理進(jìn)行了研究。清華大學(xué)研究噴嘴內(nèi)部流道型線(xiàn)對(duì)射流流場(chǎng)的氣體流動(dòng)特性參數(shù)的影響，得出對(duì)于等直徑平直圓管?chē)娮?，射流流?chǎng)對(duì)進(jìn)出口處的幾何形狀非常敏感;對(duì)于收縮噴嘴，收縮錐角越大，其射流的阻滯效果越明顯，內(nèi)部型線(xiàn)的不同主要影響噴嘴出口附近的速度和壓力分布。
在國(guó)外，Ye, J根據(jù)前混合磨料水射流切割系統(tǒng)的噴頭內(nèi)部穩(wěn)定的液固兩相湍流情況建立了計(jì)算流體動(dòng)力分析模型，并研究了噴頭形狀與磨粒動(dòng)力學(xué)特性關(guān)系，Shimizu,seiji等對(duì)前混合磨料射流噴頭的磨粒加速特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)噴嘴出口速度與射流壓力的平方根成正比，并且出口磨粒的速度隨著磨粒直徑和重力的增加而減少，準(zhǔn)直管部分的長(zhǎng)度隨顆粒直徑和重力的增大而增大
在磨料水噴嘴中的流是一個(gè)湍流、高速、液固兩相流，這個(gè)復(fù)雜問(wèn)題還沒(méi)被充分研究，不同參數(shù)對(duì)切割性能的具體影響還沒(méi)被理解。以上這些研究，沒(méi)有涉及到噴嘴內(nèi)、外流體流動(dòng)的細(xì)部結(jié)構(gòu)，只是從宏觀(guān)上對(duì)射流進(jìn)行了理論分析，依據(jù)實(shí)驗(yàn)資料，得出了一些經(jīng)驗(yàn)公式，做了定量分析。國(guó)內(nèi)研究者所研究的噴嘴主要用于鉆井和礦山開(kāi)采大型設(shè)備，對(duì)用于切割加工的磨料水噴嘴研究還很少。
磨料水射流切割系統(tǒng)中用的磨料水噴嘴主要是由工ngersoll-Rand, Flow和Boride公司生產(chǎn)。大多數(shù)AWJ加工中的磨料水噴嘴直徑是0. 7 ~ 1. 2mm，長(zhǎng)度是55 ~75mm進(jìn)口的磨料水噴嘴很貴，根據(jù)牌子不同，典型的磨料水噴嘴，其價(jià)格在150到300美元。磨料水噴嘴是AWJ加工系統(tǒng)中關(guān)鍵部件之一，進(jìn)入水射流中的磨粒對(duì)噴嘴會(huì)產(chǎn)生磨損，磨損后的噴嘴會(huì)使噴嘴直徑增大，并會(huì)影響水和磨粒間動(dòng)能轉(zhuǎn)換的效果。特別是在出口處，磨料水噴嘴的磨損直接影響切槽的寬度和加工精度，所以，對(duì)AWJ加工而言，提高噴嘴耐磨性是加工關(guān)鍵技術(shù)之一。
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