刘国勇等：后混合磨料水射流除鳞喷嘴内部流场数值模拟 ·33 量及作用方式进行调节. 速度ms) 129 由图11可知，由于在磨料入口位置对称布置了4 股平行的水射流，这4股平行的高速水射流单独引起 的负压卷吸作用分布均衡，磨料粒子从中心位置进入 混合腔，在周围4股水射流的引射作用下，磨料粒子开 始发散，与四周的水射流混合并加速，很快达到相近速 度.而4股水射流在各自引起的卷吸作用下也发生混 合，由于各个水射流的初始速度相同，使得这一混合过 程非常迅速，最终磨料粒子与水混合达到同一速度，经 由收缩段加速喷出. 速度ms 100 132 126 图8喷嘴内部流场速度矢量图 119 112 Fig.8 Velocity vector of the flow field inside the nozzle 106 99.1 a (b) 92.5 859 磨料人口 高压水入口 79.3 72.7 66.1 59.5 52.8 46.2 39.6 33.0 264 19.8 13.2 6.61 图9磨料平行式喷嘴示意图.()儿何模型：(b)有限元网格 图11喷嘴内部流场局部速度矢量图 模型 Fig.11 Velocity vector of the local flow field inside the nozzle Fig.9 Schematic of the parallel feeding nozzle:(a)geometrical 3 结论 model;(b)finite grid model (1)侧进式喷嘴，采用磨料从喷嘴侧面对称位置 休积分数/% 00R 进入混合腔，磨料粒子与高速水流直接接触，有些磨料 94.8 898 被水射流直接带走，有些磨料飞溅到混合腔壁面，再反 848 弹到水射流表面.由于水射流直径小、速度高，磨料很 79.8 74.9 难进入水射流中心，流场混合不均匀，降低了水对磨料 69.9 64.9 的能量传输效率. 59.9 54.9 (2)切进式喷嘴，由于高压水射流引射作用，磨料 499 44.9 沿混合腔切线方向进入混合腔时，一边旋转，一边前 39.9 进，使磨料与水射流得以更充分地混合，同时也减少了 34.9 磨料粒子相互碰撞，从而可以提高磨料射流的除鳞能 20.0 力.但切进式喷嘴会增加喷嘴内部的磨损，因此，需要 15.0 998 采用更耐磨的材料. 4.99 (3)平行多射流式喷嘴，多股水射流的引射作用 强，而磨料射流直径相对较大，卷吸磨料的能力强，磨 图10磨料体积分数云图 Fig.10 Contours of the abrasive volume fraction 料与水混合均匀性最好，实际工作中还可以根据需要 对水射流的流量及作用方式进行调节 合效果有了明显的改善，出口截面磨料分布相当均匀， 4个对称布置的平行水入口很好地冲散了聚集在端面 参考文献 附近的磨料，使磨料在喷嘴内分布比较均匀，混合效果 [Ren J X.Physical Cleaning.1st Ed.Beijing:Chemical Industry 比较理想.实际工作中还可以根据需要对水射流的流 Press,2000刘国勇等: 后混合磨料水射流除鳞喷嘴内部流场数值模拟 图 8 喷嘴内部流场速度矢量图 Fig． 8 Velocity vector of the flow field inside the nozzle 图 9 磨料平行式喷嘴示意图 . ( a) 几何模型; ( b) 有限元网格 模型 Fig． 9 Schematic of the parallel feeding nozzle: ( a) geometrical model; ( b) finite grid model 图 10 磨料体积分数云图 Fig． 10 Contours of the abrasive volume fraction 合效果有了明显的改善，出口截面磨料分布相当均匀， 4 个对称布置的平行水入口很好地冲散了聚集在端面 附近的磨料，使磨料在喷嘴内分布比较均匀，混合效果 比较理想． 实际工作中还可以根据需要对水射流的流 量及作用方式进行调节． 由图 11 可知，由于在磨料入口位置对称布置了 4 股平行的水射流，这 4 股平行的高速水射流单独引起 的负压卷吸作用分布均衡，磨料粒子从中心位置进入 混合腔，在周围 4 股水射流的引射作用下，磨料粒子开 始发散，与四周的水射流混合并加速，很快达到相近速 度． 而 4 股水射流在各自引起的卷吸作用下也发生混 合，由于各个水射流的初始速度相同，使得这一混合过 程非常迅速，最终磨料粒子与水混合达到同一速度，经 由收缩段加速喷出． 图 11 喷嘴内部流场局部速度矢量图 Fig． 11 Velocity vector of the local flow field inside the nozzle 3 结论 ( 1) 侧进式喷嘴，采用磨料从喷嘴侧面对称位置 进入混合腔，磨料粒子与高速水流直接接触，有些磨料 被水射流直接带走，有些磨料飞溅到混合腔壁面，再反 弹到水射流表面． 由于水射流直径小、速度高，磨料很 难进入水射流中心，流场混合不均匀，降低了水对磨料 的能量传输效率． ( 2) 切进式喷嘴，由于高压水射流引射作用，磨料 沿混合腔切线方向进入混合腔时，一边旋转，一边前 进，使磨料与水射流得以更充分地混合，同时也减少了 磨料粒子相互碰撞，从而可以提高磨料射流的除鳞能 力． 但切进式喷嘴会增加喷嘴内部的磨损，因此，需要 采用更耐磨的材料． ( 3) 平行多射流式喷嘴，多股水射流的引射作用 强，而磨料射流直径相对较大，卷吸磨料的能力强，磨 料与水混合均匀性最好，实际工作中还可以根据需要 对水射流的流量及作用方式进行调节． 参 考 文 献 ［1］ Ren J X． Physical Cleaning． 1st Ed． Beijing: Chemical Industry Press，2000 ·33·