收缩段截面形状对喷嘴性能影响的模拟分析

预混合磨料水射流喷嘴作为射流切割系统的执行端,细微的截面形状改变都会对喷嘴性能产生较大的影响.为提高喷嘴的综合性能(切割能力和使用寿命),本文运用计算流体力学软件对流体动力学方程和磨粒受力方程等进行耦合求解,研究在以峰值流速(切割能力)和单位流量冲蚀率对数(使用寿命)为指标的前提下,各类喷嘴性能的综合表现.以单锥、衔接型、凹型和凸型 4 类喷嘴为模型,分析不同收缩段截面形状对喷嘴综合性能的影响;结果表明:凹型和衔接型喷嘴综合性能接近,优于单锥喷嘴,凸型喷嘴综合性能最差;较大的收缩段夹角不利于喷嘴综合性能的提升;在以上分析结果的基础上,设计了圆弧过渡的平直型喷嘴,仿真结果显示:具有圆弧过渡的平直型喷嘴在综合性能上有了较大的提升.本文工作为后续的喷嘴截面形状优化提供了参考.