欧拉模型的后混合水射流喷丸喷头内流数值模拟

为研究后混合水射流喷丸喷头内部两相流的运动规律,采用FLUENT软件对其内部液固两相流场进行数值模拟。根据其流动特性,数学模型采用欧拉模型,湍流模型采用标准的k-ε模型,并将固体相看作拟流体,分析喷丸压力和靶距对轴向速度和轴向动压强的影响。结果表明:喷头内的轴向速度和轴向动压强的变化规律是相似的,并且在相同的喷丸条件下,水流场的轴向速度大于弹丸流场的轴向速度,水流场的轴向动压强小于弹丸流场的轴向动压强。当喷丸压力为10MPa、靶距为55 mm时,水流场和弹丸流场在弹丸喷嘴出口处的轴向速度分别为63.3和56.9 m/s,水流场和弹丸流场在弹丸喷嘴出口处的轴向动压强分别为1.97和3.94 MPa。

后混合水射流喷丸工艺对18CrNiMo7-6渗碳钢表面性能的影响

目的探究不同后混合水射流喷丸工艺对18Cr Ni Mo7-6渗碳钢表面性能的影响。方法运用超景深三维显微系统、三维表面形貌测量系统、X射线残余应力分析仪及HV-1000显微硬度计等,对后混合水射流喷丸前后试样的表面形貌、表面粗糙度、残余应力及显微硬度随层深的变化情况进行分析。结果后混合水射流喷丸时,弹丸和水会对试样表层产生一定的冲蚀、磨损、剪切作用,使试样表面产生新的凹坑。表面粗糙度Ra值随着喷射压力P及喷射靶距H的增加而增大,随着喷嘴移动速度v的增加而减小。试样显微硬度最大值都出现在表面,且随层深的增加,硬度值逐渐减小,喷射压力P=300 MPa时,表面硬度值达到62.8HRC,比试样初始表面硬度值增加了7.35%。试样材料所能引入的残余压应力具有固有最大值σmirs,当引入的残余压应力未达到σmirs时,所产生的最大残余压应力值σmcrs随喷射压力P的增加而增大,但随喷射靶距H和喷嘴移动速度v的改变变化不大。当引入的残余压应力达到σmirs时,所产生的最大残余压应力值σmcrs即为σmirs,不再改变,但是最大残余压应力距表面距离值zm仍会随着喷射压力P的增加而增大。结论后混合水射流喷丸后,试样表面粗糙度变化较大,表层显微硬度有一定提高。残余应力的分布主要与喷射压力P有关,而与喷射靶距H和喷嘴移动速度v关系不大。

后混合磨料水射流切割石材的特性

对后混合磨料水射流切割石材特性进行了理论和实验分析 ,并探讨了磨料水射流切割石材的切割机理 ,分析了改变切割工艺参数对切割深度的影响特性 ,最后对石材切割的表面形貌进行了论述和分析。

减阻剂对后混合磨料水射流切割质量的影响

通过在后混合磨料水射流中加入聚丙烯酰胺切割大理石,测量切割工件的切缝宽度和切割表面的粗糙度来分析减阻剂对后混合磨料水射流切割质量的影响。试验结果表明:减阻剂对射流束有集束作用,同等条件下减阻剂磨料射流要比常规磨料射流的切缝窄,而且减阻剂使切割断面粗糙度减小,使切割质量提高。试验中,随着减阻剂质量分数的增加,切割质量得到提高。

基于SPH-FEM耦合算法的后混合磨料水射流冲击破岩数值模拟研究

采用SPH-FEM(smoothed particle hydrodynamics with finite element method)模拟了后混合磨料水射流在喷嘴中的混合过程,并研究了射流速度、磨料浓度以及岩石围压等因素对后混合磨料水射流破岩效果的影响规律。研究结果表明:在柱塞推动下,水与磨料在喷嘴的混合段、收敛段与直线段分别获得加速,最终磨料的速度可增加至纯水速度的80%;岩石破碎深度随射流速度呈近似线性增加,而破碎宽度随射流速度变化不大;磨料射流较纯水射流的破岩损伤更加明显,岩石的损伤随磨料浓度呈先增大后减小的趋势;岩石的破碎深度随着围压的增加呈近似线性减小的趋势。数值模拟结果与破岩实验现象基本吻合,该研究结果可为磨料水射流破岩的应用提供一定的理论支撑。

超高压后混合磨料水射流喷嘴优化数值模拟研究

为了提升磨料水射流系统切割坚硬厚顶板的效率,利用数值模拟软件研究了喷嘴结构参数对磨料颗粒的速度及其分布的影响规律。结果表明:随着水喷嘴直径的增加,磨料的出口速度增大,在出口截面上,磨料颗粒主要集中在水射流外边界区域;当磨料入口角度和位置分别为60°和3 mm时,磨料颗粒的速度最大,轴线区域集中度最好。基于以上规律,对影响因素进行正交实验及方差分析,得出最优参数为水喷嘴直径1 mm,磨料入口位置为0 mm,角度为60°。通过割缝实验对比,发现喷嘴优化后割缝宽度减小了12.0%,深度增大了26.5%。

新型后混合磨料水射流喷嘴流场数值模拟研究

磨料水射流切割技术在油库应急抢修中具有重要应用前景。通过数值模拟分析了一种新型后混合磨料水射流喷嘴内部多相流场运动特性,研究结果表明:新型后混合磨料水射流喷嘴内部存在负压,随着水射流向喷嘴下游的喷射运动,水的刚性减小,有利于磨料与水混合;紊动能主要分布在收缩段,为改善水和磨料的混合,建议磨料入口尽量靠近收缩段;喷嘴出口处,磨料主要靠近壁面分布,而水集中在轴线附近,喷嘴出口水和磨料混合不均匀;喷嘴的磨损主要发生在收缩段下游和圆柱段上游。虽然新型后混合磨料水射流喷嘴的多磨料入口结构仍无法彻底解决水和磨料均匀混合的问题,但是喷嘴内部的流场分布更具对称性,喷嘴内表面的磨损相对均匀,一定程度上减小了磨料和水的混合不均匀性,也在一定程度上延长了喷嘴使用寿命。

水射流工艺对渗碳钢圆棒表层改性影响的研究

究了后混合水射流喷丸对18CrNiMo7-6齿轮渗碳钢圆棒试样的表层改性工艺,在满足试样圆周面水射流喷丸全覆盖的条件下,采用单因素试验分别研究了圆棒试样转速、喷嘴移动速度、高压水射流泵压力和处理次数对试样材料的表面形貌、表面粗糙度、表层残余应力和硬度的影响,并分别运用超景深三维显微镜、三维表面形貌测量仪、X射线残余应力分析仪及HV-1000显微硬度计等仪器对上述结果进行测量。试验结果表明:后混合水射流喷丸时弹丸和水会对试样表层产生一定的冲蚀和磨损,改变试样表面形貌,试样表面粗糙度、表层残余应力和硬度随着试样转速和喷嘴移动速度的增加而减小,随着泵压力和冲击次数的增加而增大;当试样转速n=100 r/min,喷嘴移动速度v=50 mm/min,泵压力P=300 MPa,处理次数N=1时残余应力最大值约为-1176.25 MPa,硬度最大值为64 HRC,比原始试样提升了6.7%。

水射流入射角度对渗碳钢表层改性的影响研究

后混合水射流表层改性的目的是在材料表层引入一定幅值的残余应力场,射流角度是改性工艺的重要参数之一,会对残余应力的分布产生直接影响。对齿轮钢材料18CrNiMo7-6渗碳合金钢进行后混合射流不同入射角度的试验研究。采用正交试验的方法,在喷嘴直径、喷嘴移动间距混合丸粒尺寸固定的情况下,提取射流压力、入射角度、喷嘴移动速度、喷射强化次数及喷射靶距五个因素,每个因素取四个水平,设计五因素四水平正交试试验。通过极差及方差分析得出影响残余压应力的主要因素是喷射压力,其次是入射角度,另外三个因素影响不显著,当试验条件为:喷射压力300MPa、喷射角度75°、喷嘴移动速度400mm/min、喷射强化次数3次及靶距70mm时,试件材料的最大残余压应力可达到-1292.14MPa。进一步对喷射次数对残余应力的影响进行了试验研究,发现残余应力峰值提升较少,只有70MPa,而硬度峰值能提升2HRC且强化两次之后基本再无提升,故在工程中不建议射流角度低于45°,而(45~75)°之间的建议喷两次效果较好。

后混合式磨料射流切割深度模型研究

基于能量守恒定律建立了后混合式磨料射流切割深度模型,但由于其工作参数的复杂性很难可靠应用于工程实际,因而一般需结合实验数据建立经验模型。该文在实验基础上,采用回归分析对所建模型进行了修正,并与Zeng模型进行了比较。结果表明修正后的模型平均相对误差和最大相对误差分别降低了12.5%和24%,更接近实际工程需要。

后混合磨料水射流除鳞在钢管生产中的应用

利用后混合磨料水射流技术对钢管进行除鳞试验,并根据试验设计了钢管除鳞生产线。介绍了后混合磨料水射流除鳞的工作原理和钢管除鳞的工艺过程。生产实践证明:除鳞生产线完全满足钢管冷拔生产工艺要求,是一种高效环保、无污染、低成本的除鳞方法。