噴嘴結構對高壓水射流影響及結構參數優化設計*

韓啟龍，馬　洋

(第二炮兵工程大學 動力工程系， 陜西 西安　710025)

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噴嘴結構對高壓水射流影響及結構參數優化設計*

韓啟龍，馬洋

(第二炮兵工程大學 動力工程系， 陜西 西安710025)

摘要：噴嘴是產生高壓水射流的關鍵部件，其結構形式對射流動力學性能有很大影響。以圓柱形噴嘴為對象，進行噴嘴結構對高壓水射流的影響分析及結構參數優化設計。采用兩相流計算流體力學模型進行噴嘴內外的射流流場分析。為節省計算資源，在優化設計時引入Kriging代理模型替代計算流體力學模型。分別采用改進的非劣分類遺傳算法和基于分解的多目標進化算法進行單目標和多目標優化設計。研究結果表明：直線型噴嘴總體性能較優，凹型噴嘴的次之，凸型噴嘴性能最差。以直線型噴嘴為設計對象，以射流初始段長度和流量為目標，得到了單目標和多目標優化設計結果。單目標優化時，兩個指標較基準外形分別提高14.71%和27.56%。多目標優化時，優化得到的半錐角處于[15.4°, 89.8° ]區間內。運用代理模型和進化算法的全局優化方法在進行噴嘴的優化設計時是有效的。

關鍵詞：高壓水射流；噴嘴；全局優化；兩相流；代理模型；基于分解的多目標進化算法

由于具有清洗質量好、清洗速度快、綠色環保、安全性能高等優點[1]，高壓水射流在固體發動機推進劑的清洗和切割中具有很好的應用前景[2-3]。

噴嘴是產生高壓水射流的關鍵部件，其結構形式對射流動力學性能和內部流場有很大影響，因此，廣大學者采用不同的方法對其進行研究。……