圆柱水射流中的能量分布与统计特征

在13,15,17 MPa压力下,采用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)对自由圆柱水射流的轴向速度、轴向脉动速度和液滴粒径进行测量,对通过射流场中不同位置测量体的单个液滴特征进行统计分析,以获得单个液滴的轴向速度和对应的液滴数的相关特征,进而分析射流束中的能量分布.研究结果表明:在相同压力条件下,不同轴向截面上的轴向速度分布呈现一定的相似性,截面边缘处的轴向速度梯度较大;截面边缘处的轴向脉动速度较大,且随射流压力增加,轴向脉动速度增大.对位于中间点的测量体,具有较高速度的液滴占据绝大多数;对边缘处的测量体,液滴速度谱较宽.在不同轴向截面上,随射流压力的变化,对应位置的统计关系变化规律不同.在设定的第1采样时段内,在各中心点处测量体内采集到的有效液滴数相差不大.但穿越边缘点测量体的有效液滴数随射流压力和截面位置的变化极不规则.

基于微磨料水射流的刀具钝化模型研究

应用微磨料水射流技术对刀具钝化进行研究,验证了微磨料水射流用于刀具钝化的可行性,应用MikroCAD三维光学刀具测量仪获得刀具切削刃的钝化圆角半径以及微观结构,发现刀具切削刃上不同截面的钝化圆角分布不均匀。基于人工神经网络方法,建立微磨料水射流刀具钝化圆角半径的BP神经网络模型。研究结果表明,BP神经网络能够有效地预测刀具钝化圆角半径,预测值与试验测量值的相对误差为0.63%～4.60%。

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%。

高雷诺数圆湍潜射流的数值模拟研究

运用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,基于不可压缩的Navier-Stokes方程,对真实尺度下的高雷诺数圆管湍流潜射流与自由表面的相互作用进行了数值研究.在圆管湍流射流过程中运用Realizable k-ε的雷诺时均(Reynolds average navier-stokes,RANS)模型,射流停止后,采用大涡模拟(large eddy simulation,LES)方法模拟大尺度涡在背景流体中的演化.研究表明:随着时间的推移,湍射流涡结构从球形冠状结构向具有准二维的流动特征转变,涡的前端出现明显的塌陷现象,并逐渐达到某种相对稳定的状态;从流场中纵剖面上来看,射流流体逐渐上升并向自由表面聚集,并有流体在自由表面处反射,形成斜向下的流动,同时中纵剖面上形成许多局部微小的涡结构;从自由表面上来看,流场从初始的具有速度辐射与速度汇聚中心而不形成涡的阶段向表面流体主要向前流动并出现涡演化的阶段转变.

Numerical Study on Flow Structure of a Shallow Laminar Round Jet

The evolution mechanism and characteristics of the submerged laminar round jet in a viscous homogenous shallow water layer are investigated through computational modeling. The laminar mode is used to solve the Navier-Stokes equations. In order to visualize the formation and evolution of the flow pattern, the volume of fluid(VOF) method is adopted to simulate the free surface of the water layer below the air and to trace the jet fluid. The results show that the jet forms a class of quasi-two-dimensional(Q2D) vortex structures in the ambient fluid with unequal influence from the bottom wall and free surface. The time dependence of three parameters,defined for the flow pattern as jet length, spiral radius and pattern length, is investigated quantitatively in their non-dimensional forms. Three different Reynolds numbers and two injection durations are further considered to discuss their influence on the flow pattern.

磨料水射流除鳞生产线中圆钢旋转机的设计

为了有效实施磨料水射流对圆钢的除鳞 ,提出了设计圆钢旋转机的构想 ,并从多种方案中选择了带旋转辊的方案。实践表明 ,按该方案设计的旋转机其工作正常 ,效果良好。

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。

磨料浓度对圆钢表面除鳞效果的影响分析

介绍了磨料水射流圆钢表面的除鳞装置,研究了磨料浓度对圆钢表面除鳞效果的影响,实验中选用适当的磨料以不同的浓度分别与高压水射流混合,通过对圆钢表面除鳞效果的比较,证明80目石榴石浓度50%的磨料水射流对圆钢表面的除鳞效果最佳,数值计算结果与实验基本一致。