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旋转射流负压冲砂装置数值模拟及结构优化

栾永祝  
【摘要】: 随着计算机技术的发展和计算流体动力学理论的逐渐完善,数值模拟方法已成为流体机械优化设计的一种重要手段。本论文针对新研制的旋转射流负压冲砂工具,采用数值模拟的方法,对工具进行数值模拟和结构优化。旋转射流负压冲砂工具的核心部件为旋转射流喷嘴和射流泵。从射流泵的基本特性方程以及几何尺寸分析可以看出,流量比、面积比、喉嘴距和喉管长度等是影响射流泵效率的主要因素。运用RNG k-ε湍流模型、SIMPLEC离散方法,对带有不同出口角度导叶轮的射流泵进行工作参数和几何尺寸的优化,分别得出装有30°、45°、60°导叶轮的射流泵最优喉嘴距、最优喉管长度以及面积比与最优流量比之间的关系。通过对旋转射流负压冲砂工具的全尺寸模拟,得出工具内部单相、液固两相流场的分布规律。对结果分析,优选出工具的被吸管倾斜角度、射流泵的最优面积比等参数,并将模拟结果和实验结果进行对比,验证模拟结果的正确性。 本文首次对带有导叶轮的射流泵进行参数优选与结构优化,并对旋转射流负压冲砂工具进行两相模拟,对工具的结构设计起重要的指导作用,缩短了工具的设计周期,节约了设计成本。


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