基于fluent水射流仿真分析

中图分类号：0351.2论文编号：学科分类号：130.2564_密级：公开安徽理工大学硕士学位论文旋转锥形射流的计算机模拟和实验分析作者姓名：专业名称：机械设计及理论研究方向：导师姓名：导师单位：安徽理工大学答辩委员会主席：论文答辩日期：年月日安徽理工大学研究生处200年月日ADissertationinMechanicaldesignandtheorySimulationAndAnalysisOfWhirlingWaterJetCandidate:Supervisor:DepartmentOfMechanicalEngineeringAnHuiUniversityofScienceandTechnologyNo.168,ShungengRoad,Huainan,232001,P.R.CHINA独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得安徽理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：___________日期：____年__月__日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解安徽理工大学有保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于安徽理工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：签字日期：年月日导师签名：签字日期：年月日摘要-I-摘要笔者依据大量理论文献，结合实验数据和计算机模拟结果，详尽阐述了旋转射流与普通射流的区别，描述了旋转射流的基本特性：它有一切向速度（旋转速度），使喷嘴的流体旋转起来以使从喷嘴喷射出来的流体具有切向速度分量，另外，除了在无旋转射流中的轴向和径向速度分量外，旋转速度（切向速度）使径向和轴向产生压力梯度并影响整个流场。在旋转非常强的情况下，轴向逆压梯度足以形成沿轴向的反向流。旋转射流出射后在周围环境流体中的扩展比相应的无旋转流动的普通射流快，其卷吸能力、掺混作用、轴线速度的衰减均比普通射流大。概述了计算流体力学（CFD）的基本理论，说明了CFD是在计算机上求解描述流体运动、传热和传质的偏微分方程组，并且对上述现象进行过程模拟。着力分析了CFD的主要优点，譬如能以较少的费用和较短的时间获得大量有价值的研究结果，对投资大、周期长、难度高的实验研究来说，CFD优点就更为突出。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。关键词：旋转锥形射流；加旋体；喷射性能；计算机模拟；fluent软件分类号：（1--2）；安徽理工大学硕士学位论文-II-AbstractWhirlingwaterjettingisakindofcompoundjettingoffreejettingandwhirlingjetting,itsflowingconstitutioniscomplex,mostlyitisturbulentflowing.Itisverydifferenttotheordinaryjettingforthewhirlingjettinghasatangentialspeed(whirlingspeed),sothejettingwaterfromthewhirlingjettingnozzlehasahightangentialvelocity.Whiletheliquidjetoutfromthewhirlingjettingnozzle,itsexpandingvelocityismorequickthanthejettingwithoutwhirling,itsconvolutionability,intermixingaction,anditsaxialspeedareallbiggerthanwaterjettingwithoutwhirlingCalculationflowdynamics(CFD)isamethodbycomputertodescribethemovementanddiathermanousofliquidflow,andtosimulatetheprocessofliquidflow.Thisarticleintroducetheessentialtheorybrieflyofwhirlingconejetting,andthepracticeworkofthedatacollectionofexperiment.AndbythistointroducethechieffunctionsystemicallyofthesoftwareFluent,andbythistosimulatetheprocessofwhirlingconejetting.Ultimatelytoexplainreasonablytheinfluencebythewhirlbodytothecapabilityofwhirlingconejetting.KeyWords：whirlingconejetting;whirlingchamber;jettingcapability;computersimulation;softwarefluent目录III目录Abstract...................................................................................................................II引言..............................................................................................................VII1绪论................................................................................................................-1-1.1磨料射流与旋转磨料射流的基本概念..............................................-1-1.1.1磨料射流的基本构成[5][6][7][8]....................................................-1-1.1.2旋转射流的基本构成...................................................................-5-1.1.3磨料的性质.......................................................................................-6-1.2国内外研究概况及发展趋势..............................................................-7-1.3旋转锥形射流的应用现状..................................................................-9-1.4课题来源............................................................................................-10-1.5课题研究的主要内容和意义............................................................-10-2旋转锥形射流的发生装置..........................................................................-11-2.1磨料射流发生装置的设计................................................................-11-2.1.1发生装置应具有的功能..........................................................-12-2.1.2磨料的注入及浓度调节..........................................................-13-2.1.3卸压装置的设计......................................................................-13-2.1.4淹没式筛分装置的设计..........................................................-14-2.2磨料灌装系统的设计.................................................................-14-2.2.1灌装方法的研究......................................................................-14-2.2.2主要结构设计..........................................................................-15-2.3旋转锥形喷嘴的结构及性能.....................................................-16-3旋转锥形磨料射流的数学描述..................................................................-19-3.1旋转射流的旋度概念[27].................................................................-19-3.2旋转流动的基本概念[28]....................................................................-19-3.3流槽加旋段内流体运动的描述........................................................-21-3.4锥形收缩段内流体运动的描述........................................................-22-4旋转锥形磨料射流的实验分析..................................................................-24-4.1旋转射流钻孔的基本理论................................................................-24-安徽理工大学硕士学位论文-IV-4.2钻孔试验分析..........................................