第6期 刘国勇等：前混合磨料水射流除鳞喷嘴混合腔内部流场 ·835· b 图8磨料体积分数云图.(a)d4=0.4mm:(b)d4=0.8mm:(c)d4=1.2mm:(d)d4=1.6mm:(c）d4=2.0mm Fig.8 Contours of abrasive volume fraction:(a)d =0.4mm:(b)d =0.8 mm:(c)d =1.2mm:(d)d =1.6mm:(e)d =2.0mm L.4mm和1.6mm时，由公式Q=p可以得到采 28 2 4 3 用磨料中进式的前混合高压水喷砂除鳞喷嘴混合腔 18 合理的入口磨料与高压水的质量流量比值约为3：4. 14 -高压水人口位置-58mm 2.3高压水入口位置的影响 10 高压水入口位置=56mm 采用磨料中进式，其他参数不变的情况下分别 高压水人口位置-54mm 一高压水入口位置1=52mm 对磨料入▣直径为1.4mm,高压水入口直径为1.6 高压水入口位置-50mm 2 mm,高压水入口位置，即相对喷嘴出口的距离L分 0 10 20 30 40 50 60 70 别为58、56、54、52和50mm进行模拟，喷嘴混合腔 位置mm 内部流场轴向速度曲线如图9所示，磨料体积分数 图9喷嘴混合腔内部流场轴向速度曲线 云图如图10所示. Fig.9 Velocity curves of the nozzle's mixing chamber intemal flow 由图9可以看出，随着高压水入口位置与喷嘴 field in the axial direction 混合腔出口距离的逐渐减小，收缩段和圆柱段的速 水流对磨料射流造成较大冲击而引起流场紊乱，同 度基本上没有变化.但是，在轴向位置10mm至15 时也会增加高压水流的能量消耗.如果两侧高压水 mm段，也就是高压水与磨料颗粒开始掺混到充分 入口位置距离磨料入口较远，那么两者还未在混合 混合的阶段发生了变化.这说明需要在有限的混合 腔内进行充分的混合就进入到收缩段进行加速，流 腔内合理利用中间磨料射流的基本阶段. 场就会不均匀.所以选取喷嘴高压水入口位置的合 由图10磨料体积分数云图可以看出，高压水入 理范围是54~52mm. 口位置对于整个喷嘴混合腔内部流场的均匀性影响 2.4收缩段锥角的影响 也比较小，但如果在距离磨料入口很近的位置两者 采用磨料中进式，其他参数不变的情况下分别 就开始掺混，高压水进入混合腔后尚未形成稳定的 对磨料入口直径为1.4mm,高压水入口直径为1.6 射流，在水射流的势流核心段两者就相遇掺混，高速 mm,高压水入口位置L为52mm,锥度a为30°、 b (d) e 015 0.05 图10磨料体积分数云图.(a)L=58mm:(b)L=56mm:(e)L=54mm:(d)L=52mm:(e)L=50mm Fig.10 Contours of abrasive volume fraction:(a)L=58 mm:(b)L=56 mm:(c)L=54 mm:(d)L=52 mm:(e)L=50 mm第 6 期 刘国勇等: 前混合磨料水射流除鳞喷嘴混合腔内部流场 图 8 磨料体积分数云图． ( a) d4 = 0. 4 mm; ( b) d4 = 0. 8 mm; ( c) d4 = 1. 2mm; ( d) d4 = 1. 6mm; ( e) d4 = 2. 0mm Fig． 8 Contours of abrasive volume fraction: ( a) d4 = 0. 4 mm; ( b) d4 = 0. 8 mm; ( c) d4 = 1. 2mm; ( d) d4 = 1. 6mm; ( e) d4 = 2. 0 mm 1. 4 mm 和 1. 6 mm 时，由公式 Q = ρ πd2 u 4 可以得到采 用磨料中进式的前混合高压水喷砂除鳞喷嘴混合腔 合理的入口磨料与高压水的质量流量比值约为3∶ 4． 2. 3 高压水入口位置的影响 采用磨料中进式，其他参数不变的情况下分别 对磨料入口直径为 1. 4 mm，高压水入口直径为 1. 6 mm，高压水入口位置，即相对喷嘴出口的距离 L 分 别为 58、56、54、52 和 50 mm 进行模拟，喷嘴混合腔 内部流场轴向速度曲线如图 9 所示，磨料体积分数 云图如图 10 所示． 图 10 磨料体积分数云图． ( a) L = 58mm; ( b) L = 56 mm; ( c) L = 54 mm; ( d) L = 52 mm; ( e) L = 50 mm Fig． 10 Contours of abrasive volume fraction: ( a) L = 58 mm; ( b) L = 56 mm; ( c) L = 54 mm; ( d) L = 52 mm; ( e) L = 50 mm 由图 9 可以看出，随着高压水入口位置与喷嘴 混合腔出口距离的逐渐减小，收缩段和圆柱段的速 度基本上没有变化． 但是，在轴向位置 10 mm 至 15 mm 段，也就是高压水与磨料颗粒开始掺混到充分 混合的阶段发生了变化． 这说明需要在有限的混合 腔内合理利用中间磨料射流的基本阶段． 由图 10 磨料体积分数云图可以看出，高压水入 口位置对于整个喷嘴混合腔内部流场的均匀性影响 也比较小，但如果在距离磨料入口很近的位置两者 就开始掺混，高压水进入混合腔后尚未形成稳定的 射流，在水射流的势流核心段两者就相遇掺混，高速 图 9 喷嘴混合腔内部流场轴向速度曲线 Fig． 9 Velocity curves of the nozzle’s mixing chamber internal flow field in the axial direction 水流对磨料射流造成较大冲击而引起流场紊乱，同 时也会增加高压水流的能量消耗． 如果两侧高压水 入口位置距离磨料入口较远，那么两者还未在混合 腔内进行充分的混合就进入到收缩段进行加速，流 场就会不均匀． 所以选取喷嘴高压水入口位置的合 理范围是 54 ～ 52 mm． 2. 4 收缩段锥角的影响 采用磨料中进式，其他参数不变的情况下分别 对磨料入口直径为 1. 4 mm，高压水入口直径为 1. 6 mm，高压水入口位置 L 为 52 mm，锥度 α 为 30°、 ·835·