准直管磨料射流喷头内流的湍流数值模拟优化策略

本文主要探讨了准直管磨料射流喷头内部流场的数值模拟，研究基于多相流动理论，特别是采用拉格朗日离散相模型进行的计算方法。作者利用FLUENT软件对一种特定类型的喷头进行了详细分析，该喷头的特点是带有圆锥收敛段的准直管，且在静止状态下进行等温、不可压缩、稳态的液固湍流模拟。在模拟过程中，连续相（液体）采用三维不可压缩雷诺时均N-S方程描述其流动行为，而湍流则是通过标准的k-ε模型来处理。代数方程组采用分离解法，压力和速度场通过SIMPLE算法联合求解。离散相（固体颗粒，即磨料）则通过拉格朗日方法跟踪其运动轨迹，确保了模拟的精度，收敛残差设定为10^-4。 研究发现，喷头混合室内存在着两个环形回流区，这表明流动并非简单的轴对称，而是呈现出非对称特性。这一结果对于理解喷头内部流体动力学行为具有重要意义。根据不同的应用场景，如切割工作和超细粉碎工作，论文提出相应的建议：当准直管磨料射流用于切割时，磨料的入口应该稍微靠近混合室的出口侧，以便更有效地传递冲击力；而在进行超细粉碎时，磨料入口应靠近混合室的入口侧，这样可以更好地实现精细的粒子分散。 这项数值模拟工作不仅为优化准直管磨料射流喷头的设计提供了理论依据，而且有助于提高磨料射流切割和粉碎过程的效率，对于提升工业生产中的加工性能具有实际价值。此外，研究还涉及到了数值模拟技术在多相流问题中的应用，包括流体动力学模型的选择、离散方法的选择以及收敛性控制，这些都是现代工程计算流体力学的重要组成部分。这篇论文为深入理解准直管磨料射流喷头的工作机制以及如何通过数值模拟优化其性能提供了一个严谨且实用的研究框架。