前混合磨料水射流噴嘴外流場磨料加速過程研究

張洋凱，苗思忠，李長鵬，陳海賓

（安徽理工大學，安徽淮南 232001）

1 前言

磨料水射流可以看作磨料-水介質的兩相流管道輸運，將高壓泵的能量通過水介質的紊流擴散和摻混傳遞給磨料（柘榴石、氧化鋁等），通過噴嘴作用于工件上，因其無熱影響區、降溫、除塵等特性，在切割、除銹、噴丸等方面均有著良好的應用［1～4］。相對于后混合磨料射流，前混合磨料射流磨料混合均勻，加速時間長，在相同壓強下，作用效果更強。

磨料射流在進行物料切割時，主要是靠磨料微粒的磨削效應和不連續磨料粒子流的高頻沖擊效應［5］，磨削和高頻沖擊效應不僅取決于磨料的速度分布情況，還與磨料在高壓膠管、噴嘴和從噴嘴射出后到工件這段距離的加速過程相關，所以研究磨料的加速過程對于工況和切割條件的優化，以及拓寬水射流應用有著重要的意義。

磨料粒子離開噴嘴后，在核心區內仍被加速，所以射流切割時不能緊靠工件，存在最佳靶距［6］，崔俊奎等通過建模對噴嘴的外流場進行了仿真分析［7］，王建明等用SPH耦合FEM方法模擬后混合磨料射流加速過程［8］，章文峰等采用PIV技術結合自主設計的磨料中心識別程序，提供了磨料速度測試新方法［9］，劉力紅等分析了磨料在管道和噴嘴中的加速過程［10］，鐵占緒對磨料的加速機理進行了研究［11］，H Z LI等對微磨料空氣射流的速度理論進行了分析［12］，然而，上述方法都是對磨料在管內和噴嘴中的加速機理研究，但是還沒有一個完整的理論體系來解釋磨料在水射流外流場的加速問題，筆者對磨料在外流場的加速過程進行研究，實現水射流最優靶距和有效能量最大化。……