基于Ansys Workbench与Fluent的高压水射流流场分析.pdf

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1、·54·煤矿机电2016年第4期张立祥，许夏，魏文鹏．基于AnsysWorkbench与Fluent的高压水射流流场分析[J]．煤g-机Eg，2016(4)：54．55，58．doi：10．16545／j．cnki．cmet。2016．04．014基于AnsysWorkbench与Fluent的高压水射流流场分析张立祥，许夏，魏文鹏(安徽理工大学机械工程学院，安徽淮南232001)摘要：通过AnsysWorkbench软件对高压水射流喷头的内部流道进行抽取，并用Fluent软件对喷头内部流体进行流场分析，给出喷头在不同入口速度下的压力场和速度场，分析了水射流

2、的除锈能力，试验验证了高压水射流的清洗效果。关键词：高压水射流；喷头；除锈中图分类号：TP69文献标识码：B文章编号：1001—0874(2016)04—0054—03FlowFieldAnalysisofHigh—PressureWaterJetBasedonAnsysWorkbenchandFluentZhangLixiang，XuXia，WeiWenpeng(MechanicalEngineeringCollege，AnhuiUniversityofScienceandTechnology，Huainan232001，China)Abstract：Us

3、ingsoftwareAnsysWorkbenchonextractingnozzleinnerflowpassage，andusingsoftwaretheFluentonflowfieldanalysisofthenozzleinnerflow，obtainedthevelocityfieldandthepressurefieldofthenozzleduringdifferentinletvelocity．Analyzedtherustremovalabilityofthehighpressurewaterjetandverifieditscleani

4、ngeffectbyexperiment．Keywords：highpressurewaterjet；nozzle；rustremoval0引言1水射流流场分析与试验‘241高压水射流清洗技术具有清洗成本低、速度快、清净率高、不损坏被清洗物、不污染环境等特点。它是通过高压水发生装置将水加压，再通过喷射装置转换为高速的微细水射流。高压水射流的喷头结构如图I所示，由入口、出口及壳体组成。水射流具有巨大的冲击能量，可以完成不同种类任务⋯。利用AnsysWorkbench软件抽取流道，利用Fluent软件对喷头内流道进行流场分析，以研究水射流除锈能力。‘}叁皤、。。

5、、、、乏∥。。、i、}终、、一。”、＼#，I_、、’一～一，图1喷头的壳体结构1．1抽取模型流道用Fluent软件分析模拟模型内部流道，抽取模型流道是进行分析的基础，本文利用AnsysWork—bench软件抽取模型流道。首先用Solidwork软件对高压水射流的喷头进行三维建模，模型尺寸是对喷头实物测量所得，把建好的模型储存为x．t格式。然后打开AnsysWork—bench中的Geometry模块，导人x—t格式的喷头模型。首先对模型进行Freeze操作，然后选择Con—cept—SurfacesFromEdges并选择喷头人口、出口所在的封闭曲线，其次

6、选择Tools．Fill，并在左下方的操作面板中选择ByCaps选项，使模型处于封闭状态。如若模型不能完全封闭，会导致抽取失败。对所有的操作进行求解，可以得到喷头内部流道的模型，如图2所示。2016年第4期煤矿机电·55·图2喷头内部流道模型为分析喷头的除锈能力，本文给出了两种不同的人口速度，利用Fluent软件进行分析并加以比较。1．2计算分析1．2．1喷头射流流动的数学模型由于喷头射流为自由射流，因此首先从黏性运动的基本方程出发得出紊流射流的基本方程。不可压缩流体的连续性方程在空间直角坐标系中的表达式为：丝+垫+丝：0(1)X—y—Z一上塑POx上塑PO

7、y上业POzdv。／1、2iLzJ=鲁㈩式中，叱、口，、吃分别为流体在戈、Y、z方向上的速度；面dux、鲁、面dvz分别为流体在戈、y、z方向上的加速度。根据上述两方程，原则上可以求得水可压缩黏性流体流场的解，但由于N．s方程中出现了速度的二阶导数，它的普遍解在数学上还有困难，只有某些特殊情况才能使方程得到充分简化，从而求出近似解。1．2．2网格划分喷头内流道的模型较为简单，把AnsysWork—bench抽取的流道通过输出端口导人Fluent的前处理软件Gambit中进行网格的划分，并对网格进行适当的编辑处理，保存为．msh格式，最后导入到Flu—ent中

8、进行流场分析。1．2．3确定边界条件流体边界条件的设