喷砂工艺的EDEM-Fluent耦合模拟喷嘴结构参数的研究

目的研究在喷砂工艺过程中,喷嘴的收缩角、喉部半径及扩散角3种结构对出砂平均速度和出砂总量的影响规律及原因。方法利用EDEM-Fluent耦合模型,对喷砂喷嘴内气固两相的运动状态进行模拟,并通过实验验证其正确性。以喷嘴的不同结构大小设置正交表进行仿真实验,运用方差分析法(F检验),分析各因素水平出砂平均速度和出砂总量的变化规律,并利用控制变量法,进一步探究喉部半径对出砂平均速度和出砂总量的影响原因。结果由出砂平均速度方差分析可得,喉部半径的F值为3716.044,收缩角的F值为380.102,出砂平均速度随着喉部半径的增大而快速增大,随着收缩角的增大而减小。由出砂总量方差分析可得,喉部半径的F值为103.695,收缩角的F值为13.101,出砂总量随喉部半径的增大而快速减小,随着收缩角的增大而缓慢增大。当收缩角和扩散角不变的情况下,随着喉部半径增大,喷嘴内负压增大,导致气相流速增大,进而使出砂平均速度增大。随着喉部半径增大到8 mm时,出砂平均速度不再增大,且有略微下降,其峰值为184.65 m/s。在砂粒生成速率相同的情况下,得出喉部半径越大,砂粒速度越大,砂粒在喷嘴内的停留时间越短,收缩段待喷出的砂粒质量越少,且分布状态越稀疏。结论验证了EDEM-Fluent耦合模拟喷嘴内气固两相流场是合理可行的。基于这一仿真模型,得出了出砂平均速度及出砂总量分别与喷嘴不同结构参数之间的关系规律,其中喉部半径对两者的影响最为显著。随着喉部半径越大,出砂平均速度越大,单位时间内在喷嘴出口处统计到的砂粒总量越少。