纯水射流冲击性能的CFD建模与仿真分析
冲击器射流元件内部流场CFD模拟仿真分析
０ 引 言
等 于 同一 时 间间 隔内流人 该微 元体 的净质 量 。按照 这 一定律 ， 以得 出质量 守恒定 律 ： 可
＋
计 算 流 体 动 力 学 （ ｏ ｐｔｔｎｌＦｕｄＤ ｎｍ Ｃ ｍ ｕａｉ ａ ｌｉ ｙａ 一 ｏ
ｓ简称 Ｃ Ｄ 是通过计算机数值计算和图像显示 ， ， Ｆ）
２ ６
探矿 工程 （ 岩土 钻掘 工程 ）
２０ ０ ８年第 １ ２期
冲 击 器射 流 元 件 内部 流 场 Ｃ Ｄ模拟 仿真 分 析 Ｆ
陈 晶 晶 ，陈 家 旺 殷 ，
林 长 春 １０２ 限公 司， 广东 广州 ５ ０ ２ ； ． １６ ３ ２ 浙江 大学， 浙江 杭 州 ３ １５ ； ． １２ １ ３ 吉林大学建设工程学院， 吉
中 图 分 类 号 ：６４ ４ Ｐ ３ ． 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ２— ４ ８ ２０ ）２— ０６—０ １７ ７ ２ （０ ８ １ ０ ２ ２
Ｎｕ ｒ ａ Ｓｍｕａｉｎａ ｄＡ ａｙｉ ｏ ｅＦｏ ｉ ｄ ｅ ｌ ｎ ｙＣ Ｄ Ｃ Ｅ Ｊｎ －ｎ Ｃ Ｅ ｉ—ａｇ ， ｍｅｉ ｌ ｉ ｌｔ ｎ ｎ ｓ ｎｔ ｌｗ Ｆｅ ｓｉ Ｊｔ ｅ ｔｂ Ｆ ／ Ｈ Ｎ ｇ ｉｇ ， Ｈ Ｎ Ｊ ｗ ｎ ｃ ｏ ｌ ｓ ｈ ｌ ｎ Ｅ ｍｅ ｉ ｊ ａ
ａａ ｚｄ ｎ ｌ ｅ ．Ｗｈｌ ｗｔ ｎ— ａ ， ｅ ｆ ｗａｔ ｈｄｔ ａｄｏｔ ｏ ｅ ｏ ｎ ｉ ｆ ｈ ｔ ｌ ｅｔ ｙ ｉ ｉ ｏｌ ｄ ｊｔｌ ｔ ｃｅ ｎ ｕ ｗ ｄｆ ｍ ｏｅｓ ｅｏ ｅｊ ｅ ｎ．Ｗｉ ｉｅｅ ｔ ｏ ｅ ｈ ｏ ｏ ａ ｏ ｌ ｆ ｒ ｄ ｔ ｅｅｍ ｔ ｄｆ ｒ ｗ ｔ ｈ ｎｆ ｏ ｌ
ｍ ｉ ｎ ｚｌ ， ｉｅｅ ｃ ｆ ａａ ｅ ｒ ａ ｄｃ ａａ ｔ ｉ ｉ ｏ ｅ ｅ ｓ ｅ ｍ ｉ ｎ ｔ ｂ ｉ ｓ ｓ ｅｃ ｎ ｌｓ ｎｉ ｔａ ｗ ｌ ａｔ ａ ｏｚ ｄ ｆ ｎ ｅｏ ｒｍ ｔ ｓ ｎ ｈ ｒｃ ｒ ｔ ｆ ｈ ｔ ｔ ａ ｏ ｏ ｖ ｕ ， ｏｔ ｏ ｃ ｉ ｔ ａｌ ｔ － ｎ ｅ ｆｒ ｐ ｅ ｅ ｓｃ ｔ ｊ ｒ ｓ ｏ ｈ ｕ ｏ ｓｈ － ａ
流体
均质机
均质机的工作原理 • 均质机是由高压泵和均质阀组成。它主要 结构包括：产生高压推动力的活塞泵、一 个或多个均质阀以及底座等辅助装置。活 塞泵一般有3个、5个或7个活塞，多个活塞 连续运行以确保产生平稳的推动力 • 均质作用是由三个因素协调作用而产生的： ①当脂肪球以高速冲击均质阀芯时会受到 很大的撞击力，导致部分脂肪球破碎；② 乳液以高速度通过均质阀中的狭缝，对脂 肪球产生巨大的剪切力，导致部分脂肪球 破碎；③当乳以200~300m/s高速离开均质 阀时，压力突然降低，会使溶解在料液中 的气体分离并形成气泡，这样产生气穴现 象，从而使脂肪球受到非常强的自我爆破
• 首先仿真射流压强对射流冲击力的影响 • 仿真前提是喷嘴出口直径固定为2mm,喷距 为20mm。 • 分别取射流压强为1MP,2MP,3MP,4MP,6MP进 行仿真分析。
仿真喷距对射流冲击力的影响。
• 在喷嘴出口直径、射流压强确定时，对不 同喷距下的射流冲击力进行仿真。当喷嘴 出口直径为2.0 mm、射流压强为5 MPa时， 分别取喷距为10、20、30、40、50、60、 70、80、90、100 mm 进行仿真。
k ( p1 pv ) / ( p1 p2 )
P1为进喷嘴的压力，P2为周围空 气压力，PV为液体空气饱和压。 引入气液两相流也能改变射流离 开喷嘴的速度，进而影响液体的 雾化程度。
• 不同燃油温度内部流动性的可视化 实验
• 该实验只验证了单孔喷嘴的实验结果，证 明单孔喷嘴的空穴发展主要依附一边壁面 产生和发展，喷孔一边的壁面空穴发展很 快，而另一壁面发展缓慢，说明了喷孔空 穴发展不对称。是否我们可以再证明一下 多孔喷嘴会出现什么现象，是不是出现不 一样的变化，能否证明喷孔的空穴发展不 对称与喷嘴的结构无关。
基于静态加载和CEL的纯水射流冲击压力有限元分析
运用 ＡＢＡＱＵＳ 有限元分析软件分别建立其纯水射流冲击强化模型， 获取能量历程变化、 冲击压力作用的动态过程规律。 将
冲击压力仿真结果与理论结果、 实验结果进行对比， 结果表明： ２ 种仿真模型的结果均与理论结果相吻合， 而 ＣＥＬ 法与实
验结果吻合程度更高。 所得结论可以为探究纯水射流冲击强化提供一定的参考。
ｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ． Ｔｈｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｅｘｐｌｏｒｉｎｇ ｔｈｅ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｕｒｅ ｗａｔｅｒ ｊｅｔ ｐｅｅｎｉｎｇ ｉｍｐａｃｔ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： Ｓｔａｔｉｃ ｌｏａｄｉｎｇ； Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｅｕｌｅｒｉａｎ－Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ （ ＣＥＬ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ） ； Ｐｕｒｅ ｗａｔｅｒ ｊｅｔ ｐｅｅｎｉｎｇ； Ｉｍｐａｃｔ ｐｒｅｓｓｕｒｅ
ｐｅｅｎｉｎｇ ｉｍｐａｃｔ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｃｏｍｐａｒｅ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｔｗｏ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ， ＡＢＡＱＵＳ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ
ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ｔｈｅ ｐｕｒｅ ｗａｔｅｒ ｊｅｔ ｐｅｅｎｉｎｇ ｍｏｄｅｌｓ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓ ｌａｗ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｈｉｓｔｏｒｙ
由于纯水射流冲击压力作用区域较小， 为保证计算结
果准确， 取 几 何 尺 寸 为 长 ３ ５ ｍｍ、 高 １ ２ ｍｍ、 宽
３ ５ ｍｍ 的立方实体。
CFD技术在水电站中的仿真应用与实践
CFD技术在水电站中的仿真应用与实践孙见波#，2,李颖3,4,徐伟(1.水利部农村电气化研宄所，浙江杭州310012; 2.水利部农村水电工程技术研宄中心，浙江杭州310012;3.黄河水利职业技术学院，河南开封475004 ;4.小流域水利河南省高校工程技术研宄中心，河南开封475004)摘要：根据标准！-e双方程和雷诺时均（"％ #)方程，给定转轮边界条件，建立水轮机内部流动的数学模型。
通 过CFD仿真技术对水轮机转轮进行数值模拟研宄，获取转轮内部、活动导叶和固定导叶速度分布及叶片压力分布，提高设 计的可靠性，并结合实例分析了 CFD技术在水电站工程中的应用。
图18幅，表1个。
关键词：水电站；CFD;应用分析0引言水轮机是水电站机电设备的关键设备，直接决 定机组效率和运行稳定性。
随着我国水电开发水平 的日益提高，大型水电站水轮机转轮设计与制造技 术通过引进、消化吸收和创新，取得了快速发展，部分已达到世界先进水平。
CFD仿真技术基于求解"％ S方程，模拟流体 流动特性。
随着计算机技术的进步，CFD技术得到 了快速发展，并取代了部分模型试验，在水电站工 程应用中大大提高了水轮机性能，并缩短了研发 周期。
1CFD数值仿真技术由于水轮机流道的复杂性，尤其是转轮内部流 场很难通过技术实测，而传统的模型试验方法周期 长、成本高，难以考虑不同过流部件的相互影响；因此，水轮机设计的预期目标难以控制和实现。
计算流体动力学（CFD，Computational Fluid Dynamics)仿真技术通过数值求解#方程[1]，获得流场的 速度、压力等水轮机内部流动参数，预估水轮机整收稿日期：2017-11-20基金项目：南京水利科学研宄院中央级公益性科研院所基 本科研业务费专项资金（Y916024)。
作者简介：孙见波（1979-)，男，工程师，主要从事水力 机械、新型能源装置等方面的研宄工作。
E-mail：jbsun@ 体水力性能。
高压水射流的CFD仿真及分析
相的容积比率：
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1”）+ !·（
1”1”）=
-
""
p + ·［ （
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1”+
1”T ）］+
g”+ F 射流流场处于高湍流状态，所以采用广泛应用的
标准 k - 方程模型，湍流动能方程 k 和耗散方程 ：
!（ !t
k）+ !（ !xi
kui
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!［（ !xj
+
t ）!k ］+ k !xj
Gk
+
Gb
关键词：高压水射流；多相流；淹没流与非淹没流；数值模拟 中图分类号：TH137 文献标识码：A 文章编号：1001 - 3881（2006）2 - 103 - 3
A Study of High Pressure Waterjet Characteristics by CFD Simulation
CHEN Chun，NIE SongIin，WU Zhengjiang，LI Zhuangyun （ MechanicaI Department，Huazhong University of Science & TechnoIogy，Wuhan Hubei 430074，China）
大会引起喷嘴进出口
的压力不相等，圆锥
型很好地避免了这一
问题。
图 6 淹没流中不同喷嘴比较
2. 3 淹没与非淹没流下磨料的流动特性
采用 !" 分别为 0. lmm、0. l5mm、0. 25mm 的磨 料颗粒分别以 800m / s 出口速度由圆锥型喷嘴进行淹
没与非淹没射流，#" 为颗粒速度，#"0 为颗粒喷嘴出口 处的速度。由图 7 可知在由喷嘴混合腔中到喷嘴出口
基于FLUENT的非淹没式纯水射流喷嘴内部流场仿真
提高水射流效率及降低能耗的目的 。
然而， 有关水喷嘴内部流场， 尤其是混合室和混合 管内部流场特性的仿真研究少有报道。 本文用 Flunet 仿真了水喷嘴内部流场， 混合室与混合管内部流场， 以 及收敛角对流场的影响， 并进行了相关的实验验证。 假设高压水中不含空气， 在水射流的喷射过程中， 根据水喷嘴的结构特点， 可以假设它的内部一直充满 水； 而混合室与混合管的直径相比射流直径要大得多 ， 并且在初始状态充满空气， 所以在整个射流过程中， 它 们内部既有水也存在空气。 根据以上分析， 把喷嘴分 为两个部分进行仿真： 水喷嘴单相流稳态仿真和混合 室与混合管的多相流瞬态仿真。
［6 ］
vj ' =
W 2 πr0 t
（ 2）
r0 = 4 × 10 － 5 m， W 为水的体积， m3 。 式中， 将仿真值与实验值进行比较， 如表 1 所示， 可以看 出， 仿真值与实验值之间存在差异， 可能的原因： 一方 面是实际的水喷嘴内壁不够光滑， 导致了射流能量的 损失； 另一方面是仿真模型的网格数量较少 ， 网格尺寸 较大。尽管如此， 实验测得的射流速度与仿真模型预 测值的平均误差是 7. 9% ， 最大误差为 16% ， 而且预测 该仿真过程能 的射流速度的变化规律和实测值相似， 较好地预测射流速度。
1
水喷嘴内部流场仿真及实验验证
喷嘴是影响磨料水射流切割性能的关键的部分之 一， 其中水喷嘴对射流速度影响很大 ， 因此仿真分析水 喷嘴内部流场状态十分必要。 1 ． 1 仿真模型的建立与计算 Fluent 是目前 比 较 流 行 的 一 种 流 体 力 学 分 析 软 ， 本文用该软件分析了 14 种入口压力水平下的流 场状态。以入口压力为 10 MPa 为例， 进行水喷嘴内部 件 的纯水三维稳态仿真。模型几何尺寸均为水喷嘴的实 际尺寸， 其中锥段处上表面和下表面的直径分 别 为 3. 5 mm 和 3. 1 mm， 高度为 2. 1 mm； 下端圆柱半径 r0 为 0. 04 mm， 高度为 0. 4 mm； 水为不可压缩液体， 密度 ρ w 为 10 kg / m ； 由于水喷嘴内部的流场呈轴对称分 布， 在划分网格和求解计算时， 把整个模型沿着对称面 进行切割， 只对其 1 /4 进行仿真， 如图 2 所示。共划分 28 200 个六边形网格， 中心部分加密。
基于FLUENT的水射流冲击力影响因素仿真分析
基于FLUENT的水射流冲击力影响因素仿真分析叶建友;吕彦明【摘要】Based on water jet impact model,the jet impact numerical simulation and simulation analysis was carried out by FLUENT. The content include the effect of different jet pressures ,jet distances and the diameters of nozzle outlet on jet impact force and area. The results indicate that impact force increases with the increase of jet pressure ,decreases after first increase with the increase of target distance when other related factors was determined. The ratio of impact is approximately equal to the nozzle exit diameter ratio of the square. Jet impact area is related to the nozzle exit diameter ,its area is about 2.9 times of the exit zone.%基于水射流冲击模型，应用FLUENT流体分析软件对喷嘴射流冲击力数值模拟和仿真，得出不同的射流压强、喷距及喷嘴出口直径对射流冲击力及冲击作用区域的影响。
结果表明：其他相关因素确定时，射流冲击力随着射流压强的增加而增大，随着喷距的增加先增大、后减小；不同喷嘴出口直径的射流冲击力的比值约为喷嘴出口直径的平方比，射流冲击的作用区域与喷嘴出口直径有关，其面积约为出口直径的2.9倍。
在ABAQUS软件中仿真纯水射流冲击7075铝合金表面强化图像分析
在ABAQUS软件中仿真纯水射流冲击7075铝合金表面强化图像分析作者：赵兮来源：《河南科技》2018年第26期摘要：本文运用计算机仿真软件ABAQUS模拟高压纯水射流试验，在保持靶材（7075铝合金）的靶距、喷射的移动速度、喷嘴直径不变的情况下，通过改变射流水压、射流角度来研究不同模拟状态下产生的[xy]曲线，包括能量曲线、塑性应变曲线、残余应力曲线、表面形貌曲线，探讨残余应力产生的规律。
关键词：高压纯水射流;表面强化;残余应力;表面型貌;表面粗糙度中图分类号：TG54 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）26-0062-041 研究背景高压纯水射流冲击强化是20世纪80年代末由Zafred[1]首先提出并发展起来的一项湿法喷丸强化新技术，是高压纯水射流技术相对较新的应用领域，其具有受喷材料表面粗糙度值增加小、喷丸强度范围宽、覆盖率高、喷丸灵活、控制方便、无尘和安全绿色环保等优点。
高压纯水射流作为一种新兴的表层改性技术，通过合理调整工艺参数，可以在上述零件部位引入较大的残余压应力，实现有效的改性，提高零件的抗疲劳性能。
7075铝合金是美国较早开发的一种铝合金，其因强度高、重量轻的特性成为航空航天领域内应用范围最广的的金属材料，常被用于制造大型整体结构件，被誉为铝合金中性能最优良的产品[2]。
用计算机仿真软件ABAQUS模拟高压水射流冲击7075铝合金靶材的目的是能直观地获取试验中很难获取的物理参数与力学状态，可以有效节约试验时间、降低成本，为高效高精度的试验奠定理论基础。
在此，对仿真的过程与结果进行论述。
ABAQUS是国际通用的有限元分析软件之一，功能强大，能够高效地模拟工程上的复杂问题。
纯水射流冲击强化的研究需要综合考虑固体靶材的弹塑性特性、水的变形、求解计算时间与计算精度等问题[3]。
2.2 建立模型建立7075铝合金的几何模型，在ABAQUS软件中建立简化之后的7075铝合金几何模型（见图1）。
纯水射流除锈性能的仿真对比分析与试验研究
表明 ： 流压力 、 流 Ｉ径 、 流靶距 等参 数对冲击性能影 响较 大。根据仿 真分析得到的优化参 数试 验 ， 明超 高压纯水 射 射 ： 射 １ 表
射流除锈效果较好 。
关键词 ： 纯水 射流除锈 ； 模仿真 ； 比分 析 ； 建 对 冲击性能 ； 扫描 电镜
中 图 分 类 号 ： Ｔ ３ Ｈ１７ 文献标识码 ： Ａ ｄｉ１ ．９ ９ ｊｉ ｎ １０ ｏ：０ ３ ６／．ｓ ．０５—０２ ．０ ２０ ．０ ｓ ３ ９ ２ １ ．６０ ２
Ｍ ｏ ｅｉ ｇ Ｓｍ ｕａ ｏ ｎ ａｙ ｉ ｎ Ｕｌｒ ｈ ｇ ｅ ｓ ｒ ｕ ｅＷ ａ ｅ ｅ ｄ ｌ ｉ ｌｔ ｎ ａ ｄ Ａｎ ｌｓｓｏ ｔａ ｉ ｈ Ｐｒ ｓｕ ｅＰ ｒ ｔｒ Ｊ ｔ ｎ ｉ Ｓ ｒｐ ｉｇ Ｉ ｐ ｃ ｏ ｈｐ Ｒｕ ｔＲｅ ｖ ｌ ｔｉ ｐｎ ｍ ａ ｔｆ ｒＳ ｉ ｓ ｍｏ ａ
ｔｒ ｅ ｉｔｎ ｅ ｗ ｒ ｎ ｌ ｚ ｄ ａｇ ｔｄ ｓａ ｃ ｅ ｅ ａ ａｙ ｅ ．Ａｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｔ ｅ ｉ ａ ｔｐ ｒ ｒ ａ ｃ ｉ ｌｔ ｎ ａ ａｙ ｉ ａ ｄ ｔ ｅ ｔｐ ｃ ａ ａ ｔｒ ，ｔ ｅ ｒ ｓ ｅ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｈ ｍｐ ｃ ｅ ｏ ｎ ｅ ｓ ｆｍ ｍｕ ａｉ ｎ ｓｓ ｎ ｈ ｙ ｉａ ｐ ｍｅｅ ｏ ｌ ｌ ｒ ｓ ｈ ｕ ｔｒ－ ｍｏ ａ ｅ ｔ ｓ ｘ ｅ ｍｅ ｔｄ ｂ ｌｃ ｒ ｎ ｍｉｒ ｓ ｏ ｅ ｒ ｔ ｓ Ｗａ ｅ ｐ ｒ ｎ ｅ ｙ ｅｅ ｔｏ ｃ ｏ ｃ ｐ ．Ｔ ｅ ｓｍｕ ａ ｉｎ ａ ａ ｙ ｉ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｈ ｔｔｅ ｉ ａ ｔｐ ｒ ｒ ａ ｃ ｓ ｉ ｆ － ｌ ｉ ｈ ｉ ｌｔ ｎ ｌｓｓ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｔ ａ ｍｐ ｃ ｅ ｏ ｏ ｓ ｈ ｆ ｍ ｎ ｅｉ ｎ ｕ ｌ ｅ ｃ ｄ ｏ ｓ ｒａ ｌ ｙ ｔ ｅ ｐ ｅ ｓ ｒ ｎ ｅ ｂ ｅ ｖ ｂｙ ｂ ｒ ｓ ｕ ｅ，ｔ ｅ ｄ ａ ｔｒ ａ ｄ ｔ ｅ ｔ ｇ ｔｄ ｓａ ｃ ，ｔ ｅ ｕ ｔ ｉ ｈ ｐ ｅ ｓ ｒ ｕ ｅ ｗ ｔｒ ｒ ｓ ｅ ｖ ｆ ｃ ｓ ｈ ｈ ｉ ｍｅｅ ｎ ｈ ａ ｅ ｉｔ ｅ ｈ ｌ ａ ｇ ｒ ｓｕ ｅ ｐ ｒ ａｅ ｕ ｔｒｍｏ ａ ｅ ｅ ｔｉ ｒ ｎ ｒ ｈ ｌ
射流对天然气管道冲击的数值模拟
射流对天然气管道冲击的数值模拟摘要：本文分析了管线在充压操作时，气体高速射流冲出时对管壁的冲击作用。
文中采用分析以及数值模拟了管道充压时气流的跨音速流动过程。
分析方法结合气体动力学和自由射流模型，计算射流的冲击作用。
数值模拟利用高精度格式离散欧拉方程仿真模拟了管线在冲压操作时的气体参数变化过程。
研究表明：由于管线中射流前后管径相差很大，高速气流会减弱到管壁可承受的范围。
关键词：管线；射流冲击；自由射流；仿真模拟前言：在长输天然气管道运行过程中，需要经常进行流程切换、设备排污等作业，从而不可避免的需要进行管线放空、充压操作，由于阀门前后的巨大压差，管道内会出现激波等强间断流动[1]。
管线在不同管道连接处会形成高速射流和膨胀波等复杂流动[2-3]。
在操作过程中，除因强剪切层产生的噪声污染外，高速气流射出时可能也对管壁造成强烈的冲刷，这种高速气流可能对管道的壁厚和安全性造成威胁。
对应于超音速流动[5-6]和射流冲击模拟[7]可采用计算流体力学（CFD）来进行求解。
但由于管线的连接和尺寸限制，给CFD的使用带来一定的困难。
本文首先结合气体动力学和射流模型分析了在不同背压下，射流到达管壁的速度变化过程。
同时利用CFD模拟二维管道的跨音速射流，分析了高速气流对管壁的影响。
1. 管道模型选取西二线高陵分输压气站第一路组合式分离器及其进、出口阀之间管段为计算样本，如图1，该段管容约为15m?。
平压管线为?60x5的管道，进口阀上游压力设为8MPa，待平压管段起始压力为0MPa，假设平压阀开度100%：图1：组合式分离器与平压管线现场布置图2 .分析模型和计算结果由于图1管线中平压管线直径相对于输气管道中直径相差较大。
因此可以将之视为气体自孔口、喷嘴向外喷射所形成的流动即气体射流。
同时由于平压阀前后存在巨大的压力差，在打开阀门的时，会形成激波等强间断解，同时在气体射流处会形成膨胀波。
因此结合空气动力学和射流分析在不同背压下的气流冲击壁面的速度。
在ABAQUS软件中仿真纯水射流冲击7075铝合金表面强化图像分析
摘 要：本文运用计算机仿真软件 ABAQUS 模拟高压纯水射流试验，在保持靶材（7075 铝合金）的靶距、喷射
的移动速度、喷嘴直径不变的情况下，通过改变射流水压、射流角度来研究不同模拟状态下产生的 xy 曲线，包
括能量曲线、塑性应变曲线、残余应力曲线、表面形貌曲线，探讨残余应力产生的规律。
关键词：高压纯水射流；表面强化；残余应力；表面型貌；表面粗糙度
材采用 Johnson-Cook 本构模型。其表达式为：
σ =(A + BεP)(1 + CIn ε_ )(1 - T m)
（2）
式中，σ 为材料屈服应力；A 为参考温度和参考应变
率下（准静态下）的屈服强度；B 为应变硬化系数；P 为应
变硬化指数；C 为应变率硬化系数，m 为热软化效应指
数。因此，7075 铝合金 Johnson-Cook 模型参数分别是 A =
能直观地获取试验中很难获取的物理参数与力学状态， 可以有效节约试验时间、降低成本，为高效高精度的试验 奠定理论基础。在此，对仿真的过程与结果进行论述。
ABAQUS 是国际通用的有限元分析软件之一，功能 强大，能够高效地模拟工程上的复杂问题。纯水射流冲 击强化的研究需要综合考虑固体靶材的弹塑性特性、水 的变形、求解计算时间与计算精度等问题［3］。
作者简介：赵兮（1980—），男，在职研究生，工程师，研究方向：机械工程。
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第9期
在 ABAQUS 软件中仿真纯水射流冲击 7075 铝合金表面强化图像分析
·63·
曲线纵轴截距；s
是斜
率系数
；ρ
1 研究背景
高压纯水射流冲击强化是 20 世纪 80 年代末由 Zaf⁃ red［1］首先提出并发展起来的一项湿法喷丸强化新技术， 是高压纯水射流技术相对较新的应用领域，其具有受喷 材料表面粗糙度值增加小、喷丸强度范围宽、覆盖率高、 喷丸灵活、控制方便、无尘和安全绿色环保等优点。高压 纯水射流作为一种新兴的表层改性技术，通过合理调整 工艺参数，可以在上述零件部位引入较大的残余压应力， 实现有效的改性，提高零件的抗疲劳性能。
基于Fluent的直动式纯水溢流阀内部流场建模与仿真分析
了 ， 壁 面的 冲击基 本消 失 了 ； 对 其最 小负 压值 提 高 了 ， 阀 口处 的气蚀 现 象 明显 降低 ； 量 耗散 率减 小 ， 能 即局
部损 失 的能量 变小 了．
表 ２ 结构 优 化 前 后 内部 流 场 参数 比较
由图 ６可 以看 出 ， 在 流过 锥 阀 阀 口时 ， 动 速 水 流 度有 大 幅度 的增 加． 流进 入 阀体 后 ， 要形 成 两 部 水 主 分 ： 部分 作为 主 流 流 出 阀体 ； 一 部 分 出现 与壁 面 一 另 脱离 的现 象 ， 贴 近 壁 面处 的速 度 较低 ， 阀 座 拐 角 在 在 处下 方形 成 了一个 十分 明显 的涡流 ．
纯 水液 压技 术是 以天然 淡水 、 海水 或 自来 水代 替 矿 物油作 为液 压 系统工 作介 质 的新技术 ， 具 有环 境 它 友好、 阻燃性 、 安全 性好 等特 点 ， 同时有 利 于提 高绿 色 意识． 但是 ， 由于 水 的 润滑 性 很 差 、 蚀 性 较 强 、 度 腐 密
大 学 ，０ ５ ２０．
［］ 张 功 晖 ， 锡 胜 ， 志 鸿 ， ． 于 Ｆｕｎ 的 阀 门 开 启 过 ４ 胡 周 等 基 ｌｅ ｔ 程 阀 芯 气 动 力 仿 真 研 究 ［］ 液 压 气 动 与 密 封 ， ０ １ ３ ： Ｊ． ２ １ （ ）
１ ２１ ３— ．
口开度 １ ｍｍ 和半 锥角 ａ ５ 的条 件下 ， 阀结 构进 一４ 。 锥 行优化 前后 相 比较 ， 体 数 值 分 析 见 表 ２ 最 大 流动 具 ．
基 于 Ｆｕ ｎ 的直 动式 纯水 溢 流 阀 内 部 流 场建 模 与仿 真 分析 ｌｅｔ
７ １
由 图 ５可 以看 出 ， 阀的进 口处 压力 分 布 最 密 ， 阀 内压力 的降低 主要 发生 在 阀 口； 阀座和 阀芯 拐 角处 的 负压值 比较 低 ， 明水 压 锥 阀 会 产 生 严 重 的气 蚀 腐 表
纯水射流流场分布及冲击换热数值模拟研究
纯水射流流场分布及冲击换热数值模拟研究李超，贺占蜀，李大磊（郑州大学机械与动力工程学院/抗疲劳制造技术河南省工程实验室，河南郑州450001）来稿日期：2019-12-24基金项目：国家自然科学基金（U1804254）—高端装备关键零部件的极限寿命制造基础理论与方法作者简介：李超，（1996-），男，河北人，硕士研究生，主要研究方向：抗疲劳制造技术贺占蜀，（1985-），男，河南人，博士研究生，副教授，主要研究方向：抗疲劳制造技术1引言纯水射流冲击过程是用单个或一组自由水射流对固体壁面的冲击流动，因喷射距离较短、能量损失较少且被冲击表面上的对流边界层薄，从而使冲击区域产生很强的对流换热能力，是一种高效的传热方法[1]。
与其他传热方法相比，纯水射流冲击换热不仅具有较强的换热能力，还易于通过调整射流的几何参数及流动参数去控制对流换热系数，以适应不同工程领域的需要，因而已引起学者的广泛关注和研究。
在国内，文献[2]对波瓣喷嘴射流冲击平面靶材的流换热系数进行了仿真研究，研究表明在大冲击间距比下，波瓣射流在逼近壁面附近的速度分布更为均匀且中心速度低于圆形喷嘴，射流在驻点区的对流换热系数小于圆形喷嘴射流冲击。
文献[3]对冲击射流的流动及换热性能进行了研究，研究表明，影响射流冲击换热性能的因素很多，如喷嘴形状、靶距和射流速度等。
文献[4]基于V2F 湍流模型对大温差下卷吸作用对射流冲击换热性能的影响进行了仿真研究，研究表明在温差较大时，V2F 湍流模型计算误差较大，故在高温差时应采取其它湍流模型，如标准k-着模型。
文献[5]进行了冲击射流换热试验以研究稳态与瞬态冲击的冲击换热性能，研究表明瞬态冲击射流比稳态冲击射流的换热性能更好。
文献[6]基于Fluent 软件研究了单孔圆形喷嘴射流的换热性能，得摘要：纯水射流冲击换热过程是自由水射流对固体壁面的冲击，由于水流直接冲击被冷却的表面，喷射距离短且被冲击的表面上的对流边界层薄，从而使冲击区域产生很强的对流换热效果。
基于CFD的整车涉水性能仿真预测
基于CFD的整车涉水性能仿真预测作者：胡颖汪晓虎董丹丹来源：《时代汽车》2022年第02期摘要：發动机气缸进水将直接导致车辆熄火甚至发动机报废，因此避免发动机进气口水入侵是整车涉水性能开发的关注重点。
本文采用流体力学的两相流模型和动网格模型建立整车涉水仿真模型。
通过实时监测发动机舱水位高度、发动机进气口的水体积分数和进水量来预测整车涉水性能。
对标发动机舱内水位高度的实验与仿真结果，验证了此方法可应用于车辆涉水性能的前期预测。
整车涉水仿真为发动机进气口水流路径优化提供设计指导。
关键词：计算流体力学整车涉水仿真发动机进气口两相流动网格Abstract：The water in the engine cylinder will directly cause the vehicle to stall or even the engine to be scrapped. Therefore， avoiding the water intrusion of the engine intake is the focus of the development of the vehicle's wading performance. In this paper， a two-phase flow model and a dynamic mesh model of fluid mechanics are used to establish a simulation model of the entire vehicle wading. Through real-time monitoring of the water level of the engine compartment， the water volume fraction of the engine air intake and the water inflow， the water performance of the vehicle can be predicted. The experimental and simulation results of the water level in the standard engine compartment verify that this method can be applied to the early prediction of the vehicle's wading performance. The vehicle wading simulation provides design guidance for the optimization of the water flow path of the engine air intake.Key words：computational fluid dynamics， vehicle wading simulation， engine intake， two-phase flow， dynamic mesh1 引言车辆涉水性能是指车辆在暴雨或者一定深度积水路的恶劣环境下能够正常行驶，车辆重要零部件不出现重大失效和功能性损坏的能力。
基于fluent水射流仿真分析
本文还简要介绍了旋转锥形射流的基本理论和实现方法，以及实验采集数据的实践工作，据此，对旋转锥形射流的喷射过程和机理作出合理性分析；系统地介绍fluent软件的主要功能，以及旋转锥形射流得建模方法，并介绍以此模拟旋转锥形射流的计算机方法，最终，通过模拟所得到的能量云图，结合试验数据，对加旋体的结构如何影响旋转锥形射流的喷射性能作出合理的说明；使得旋转锥形射流钻孔技术现场应用进一步参数化。
KeyWords：whirling cone jetting; whirling chamber; jetting capability ; computer simulation; software fluent
目 录
Contents
Abstract……………………………………………………………………….……I
5.1.5 The sense and localization of numeric simulation……………………42
5.1.6 The constitute of CFD………………………………………………..44
5.1.6 The function of CFD…………………………………………………45
Simulation And Analysis Of Whirling Water Jet
Candidate:
Supervisor:
Department Of Mechanical Engineering
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Ｏ 引 言 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
纯水 射 流 ， 由超 高压 泵 产 生 的超 高压 水 。 喷 嘴 是 经
喷射 出高速 水 流 ， 有极 高 的能级 密 度… 国 内一些 学 具 。 者在 超 高压 水 射 流 的开 放 式 喷射 和 内部流 动 方 面做 了
一
均 发生 改 变 ， 即动量 发 生改 变 。而这 种 动 量 的 改变 ， 是
Ａ ｓｒｃ ： Ｔ ｅｓ ｉｐ ｇｉ ａｔｍ ｃ ａｉ ｆｕｔ ｈｇ ｒｓｕｅｐ ｒ ａ ｒｊｔ ａ ｎ ｌ ｅ ， ａｓ ｌ ｉｎｍ ｔｏ ｆｕｔ ｈｇ ｒｓｕｅ ｂ ｔ ｔ ｈ ｔｐ ｉ ａ ｒ ｎ ｍｐｃ ｅｈ ｎｓ ｏ ｌａ ｉ ｐｅｓｒ ｕｅｗ ｔ ｅ ｗ ｓａ ａ ｚｄ ｉ ａｏ ｅｈｄ ｏ ｌａ ｉ ｐｅｓｒ ｍ ｒ ｈ ｅ ｙ ｍｕ ｔ ｒ ｈ ｐ ｒ ｗ ｔ ｅ ｗ ｓｐｏｏｅ ， ａ ｌａｉｈｐｅｓｒ ｐ ｒ ｗ ｔ ｅ ｍｏｅｉｇｗ ｓｅｔｂｉ ｅ ， ａｄ ｔｅｓ ｐ ｉｇ ｉｐ ｃ ｖｌ ｉ ｅｄ ｗ ｓ ｕｅ ａ ｒｊｔ ａ ｒｐ ｓｄ ｎｕｔ ｈ ｒｓ ｅ ｕｅ ａ ｒｊｔ ｄｌ ａ ｓ ｌ ｈｄ ｎ ｈ ｔ ｐｎ ｍ ａｔ ｅ ｃｔ ｆ ｌ ａ ｅ ｒ ｇ ｕ ｅ ｎ ａ ｓ ｉ ｒ ｏ ｙｉ
摘 要 ： 析 了 超 高 压纯 水射 流剥 离 冲击 机 理 ， 出 了 一 种 超 高 压 纯 水 射 流 冲击 的 流 体模 拟方 法 ， 立 了纯 水 射 流 冲击 的 数 学 模 型 ， 分 提 建 模
拟 了纯 水 射 流 冲 击 速 度 场 。 验 与 仿 真 对 比表 明 ： 真模 型 可靠 。射 流 压 力 仿 真 分 析 表 明 ： 流 冲击 产 生 一 个 能 量 大 且 集 中 的速 度 核 ． 试 仿 射
Ｍｏ ｅ ｎ ｎ ｉ ｌ ｉｎ Ａ ａ ｓ ｏ ｕ ｅ Ｗ ａｅ ｅ ｍｐ ｃ Ｂ ｓｄ ｏ Ｆ ｄ ｌ ｇ ａ ｄ Ｓｍｕａ ｏ ｎ ｌ ｉ ｆｒ Ｐ ｒ ｉ ｔ ｙｓ ｔｒＪｔ Ｉ ａｔ ａｅ ｎ Ｃ Ｄ
Ｙ Ｚ ｅ ｇｙ ｏ Ｉ ｈ ｎ － ａ ＷＡＮＧ Ｘｉ ｇ ｒ ｎ－ｕ Ｌ Ｕ ｒ － ￣ ｓ Ｉ ｕｑ ￣ Ｓ ＵＮ Ｌ ｉ
（ ． ａｉｎ ｏ ｃ ｈ ｐ ｕｌ ｉｇ Ｉ ｄ ｓ￣ Ｃ ｍｐ ｎ ｉ ｔｄ Ｄ ｌ ｎ ０ ２ Ｃ ｉ ａ １Ｄ ｌ Ｃ ｓｏ Ｓ ｉｂ ｉ ｎ ｎ ｕ ｔ ａ ｄ ｏ ａ ｙ Ｌ ｍｉ ， ａｉ １ ６ ５ ， ｈ ｎ ； ｅ ａ １ ２Ｉ ｓｉ ｔ ｏ Ｓ ｉｐ ｎ Ｅ ｅ ｔ ｍｅ ｈ ｎｃ Ｅ ｕ ｐ ｎ ， ａｉｎ ． ｔ ｕｅ ｆ ｈｐ ｉｇ ｌｃｒ ｃ ａ ｉｓ ｑ ｉｍｅ ｔ Ｄ ｌ Ｍａｉ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ａ ｒ ｉ Ｕｎｖ ｒｉ ， Ｄａｉｎ ６ ２ ， Ｃｈｎ ） ｔ ｉｅｓｔ ｙ ｌ １ ０ ６ ａ １ ｉａ
喷 嘴 内部流 场特 性方 面 做 了一些 仿 真研究 。 本 文 针对 超 高 压 纯水 射 流 的 聚能 冲击 特 性 ，结 合 经 典 射流 理论 ．提 出了一 种 纯 水射 流 冲击 的流 体 建模
由于射 流 与 物体 间 的相互 作 用 力 引起 的 。 射 流作 用 于
钢 质表 面 ， 图 １所示 。 如
些 仿 真 研 究 ， 如华 中科 技 大 学 、 州理 工 大学 、 诸 兰 江
÷
苏 大学 等Ｉ １ 京科 技 大 学 和武 汉 科 技 大学 等 学者 在 ２ 。北 － ４
ｐ ｅｓ ｕｒ ・ ｒ ｓ ｅ
Ｋｅ Ｗｏ ｄ ：ｐ ｒ ｗ ｔｒ ｊｔ ｍｏ ｅｉｇ ａ ｄ ｉ ｕａｉ ； ｉ ｐ ｃ ｐ ｒ ｒ ａ ｃ ； ｐ ｅｓ ｒ ｎ ｌ ｉ ｙ ｒ ｓ ｕ ｅ ａｅ ｅ ； ｄ ｌ ｎ ｓ ｌ ｏ ｎ ｍ ｔ ｎ ｍ ａｔ ｅ ｏｍ ｎ ｅ ｒｓ ｅ ａ ａ ｓ ｆ ｕ ｙｓ
液 压 气 动 与 密 封 ／０１ 年 第 １期 ２ ２
纯水射流 冲击性能 的 ＣＦ Ｄ建模 与仿真分 析
衣 正 尧 ・ 王 兴 如 刘 富 强 孙 玲
（． １中远 造船 工业 公 司大 连工业 公 司 ， 辽 宁大 连 １６ ５ ； １０ ２ ２大连 海事 大 学交 通运 输装 备 与海洋 工程 学 院 ， 辽 宁大 连 １ ６ ２ ） ． ０ ６ １
具 有 较 大 的 冲击 能 力 ， 流 压 力对 射 流 冲击 性 能 影 响 较 大 。 射
关键词 ： 水射流 ； 模仿真 ； 纯 建 冲击 性 能 ； 力 分 析 压 中 图 分 类 号 ： ＨＩ ７３ Ｔ ３ ．３ 文献 标识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ８ ０ １ （０ ２ ０ － ０ ４ ０ １０ － ８ ３ ２ １ ） １０ ５ － ４