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1、2009年8月钢铁研究Aug.20098第37卷第4期ResearchonIron&SteelVol.37No.4高压喷嘴的流场仿真分析王启武(湘潭钢铁(集团)公司销售部,湖南湘潭411000)摘要:基于计算流体力学,通过软件FLUENT对喷嘴的流场进行了三维建模和数值模拟。分析了喷射流场速度和打击力分布与喷嘴水平间距和工作高度之间的关系。研究表明,当射流离开喷口220mm左右的距离时,喷射流场速度和打击力突然变小,为设计合理的除鳞系统提供了重要的理论依据。关键词:高压喷嘴;流场;分析中图
2、分类号:TG30文献标识码:A文章编号:10011447(2009)04000803SimulationandanalysisforflowfieldofhighpressurenozzleWANGQiwu(SalesDepartment,XiangtanIronandSteelCorporation,Xiangtan411000,China)Abstract:Basedoncomputationalfluiddynamics,theflowfieldofadescalingnozzle
3、wasstimulatedbyusingCFDsoftwareFLUENTand3Dmodel.Therelationshipbetweendynamicdistributionofthejetflowandpositionofthenozzlewasanalyzed.Theresultsshowedthatwhenthedistancefromjetflowtonozzlewasabout220mm,thespeedandhittingforceofjetflowfieldsuddenlybecam
4、esmaller.Thisconclusionprovidesatheoreticalbaseforreasonabledeterminingthepositionofdescalingnozzle.Keywords:highpressurenozzle;flowfield;analysis在热轧钢板的生产过程中,除鳞是一道不可1射流的流动特性缺少的重要工序。除鳞效果的好坏,直接影响钢板的表面质量。目前,国内外普遍采用的是高压射流是一种孔口或狭缝出流流动现象。水流水除磷技术,其原理是利用高压水喷
5、出时产生的在喷嘴内部处于层流流动,当离开喷嘴喷射到空强大的冲刷力和冷却力、轧材的基体材料和氧化气中后,水射流外层将与周围空气发生剧烈的动铁皮层因冷却收缩率不同而产生的剪切力以及水量和能量交换,水流会发散雾化,速度也将无序变渗入基体材料和氧化铁皮之间产生的蒸汽膨胀爆化,且具有很强的脉动性,射流成为湍流流动。工裂,使氧化铁皮破碎成小碎片并与基体表面迅速程所用水射流绝大多数是湍流流动,其实际结构[1]脱离,同时高压水按设定方向冲掉氧化铁皮。和运动机理十分复杂。在高压水除鳞系统中喷嘴的布置,喷射出的射流一般认为无
6、论湍流运动多么复杂,非稳态的冲击力大小与分布,都直接影响除鳞效果。本文连续方程和NavierStoke方程对于湍流的瞬时针对高压水除鳞喷嘴射流的流动特性,通过Flu运动仍然是适用的。在此为了考虑不可压缩流动ent软件对水流离开喷嘴进入到空气后的流场进中脉动的影响,广泛采用的方法是时间平均法,即行仿真研究,探讨系统压力和靶距对其喷射流场把湍流运动看作由两个流动叠加而成,一是时间和打击力分布范围的影响,为确定喷嘴水平间距平均流动,二是瞬时脉动流动,同时补充反映湍流和工作高度提供有力的理论依据。特性的湍动能
7、方程和湍耗散率方程。湍流流动是一种非线性的高度复杂流动,目前的湍流数值模拟方法可分为直接模拟和非直接作者简介:王启武(1968-),男,工程师,硕士,主要从事机电一体化系统的研究.第4期王启武:高压喷嘴的流场仿真分析9模拟。所谓直接数值模拟就是直接求解瞬时湍流选择非稳态离散求解器,湍流模型选用标准k控制方程。而非直接数值模拟就是不直接计算湍两方程模型。射流介质为水,常温下其密度为3-62流的脉动特性,而是设法对湍流作某种程度的近1000kg/m,运动黏度为1.00410m/s。然似和简化处理。
8、后打开多相流模型对话框选择VOF模型,并定标准k模型是目前使用最广泛的湍流模义空气为基本相,水为第二相。水流入口采用压型,是典型的两方程模型。它在关于湍动能k的力边界条件,入口压力为20MPa,水的湍动能取2223方程基础上,引入一个关于湍动耗散率的方程。值为0.01m/s,耗散率取值为0.007m/s,并设在标准k方程中,k和是两个基本未知量,与置水的体积分数为1,即入口处全部是水;立方体之对应的运输方程为:四周
