國內(nèi)外磨料水噴嘴研究與發(fā)展

磨料水噴嘴是水射流技術(shù)應(yīng)用中獲得高能量利用率的關(guān)鍵部件之一，對射流質(zhì)量有明顯的影響。利用從噴嘴射出的具有很大動能的射流，來進(jìn)行清洗、切割和破碎巖石等，實驗己經(jīng)證實，如果噴嘴質(zhì)量差或耐磨性不夠，將引起射流質(zhì)量惡化，就有可能使射流設(shè)備的功率大部分都浪費掉。因此設(shè)計一種高效噴嘴，對射流質(zhì)量的提高起到很重要的作用。在國內(nèi)，許多高校和科研設(shè)計單位開展了噴嘴的開發(fā)研制和理論實驗研究，并取得了一定的進(jìn)展。如北京科技大學(xué)研究基于Visual Basic平臺的高壓水射流噴嘴的智能CAD系統(tǒng)，主要是研究噴嘴組件尺寸參數(shù)的智能選取，零件圖的自動生成及對設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化。但他們的研究是針對從水噴嘴到混合室，再到磨料水噴嘴的整體設(shè)計研究，對局部細(xì)節(jié)研究的不夠深入，本文主要對磨料水噴嘴內(nèi)部結(jié)構(gòu)做了細(xì)致深入的研究，進(jìn)行仿真，優(yōu)化磨料水噴嘴內(nèi)部結(jié)構(gòu)。太原理工大學(xué)采礦工藝研究所研究了葉輪導(dǎo)引射流噴嘴內(nèi)部流場的流動特性，編制了流體的三維有限元數(shù)值模擬軟件，介紹了編制原理及其構(gòu)成，通過對實例的計算揭示了噴嘴內(nèi)部流場的特點。重慶大學(xué)廖振方和唐川林關(guān)于自激振蕩脈沖射流噴嘴的理論研究和實驗研究，根據(jù)邊界層理論和渦旋理論研制了自激振蕩噴嘴，克服了現(xiàn)有噴嘴射距短、持續(xù)能量小等缺點，他們研究的噴嘴主要用于清洗，本文研究用于切割的磨料水噴嘴。重慶大學(xué)李曉紅、王建生等對噴頭部件準(zhǔn)直管內(nèi)磨料射流流動機理進(jìn)行了研究。清華大學(xué)研究噴嘴內(nèi)部流道型線對射流流場的氣體流動特性參數(shù)的影響，得出對于等直徑平直圓管噴嘴，射流流場對進(jìn)出口處的幾何形狀非常敏感;對于收縮噴嘴，收縮錐角越大，其射流的阻滯效果越明顯，內(nèi)部型線的不同主要影響噴嘴出口附近的速度和壓力分布。

在國外，Ye, J根據(jù)前混合磨料水射流切割系統(tǒng)的噴頭內(nèi)部穩(wěn)定的液固兩相湍流情況建立了計算流體動力分析模型，并研究了噴頭形狀與磨粒動力學(xué)特性關(guān)系，Shimizu,seiji等對前混合磨料射流噴頭的磨粒加速特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)噴嘴出口速度與射流壓力的平方根成正比，并且出口磨粒的速度隨著磨粒直徑和重力的增加而減少，準(zhǔn)直管部分的長度隨顆粒直徑和重力的增大而增大

      在磨料水噴嘴中的流是一個湍流、高速、液固兩相流，這個復(fù)雜問題還沒被充分研究，不同參數(shù)對切割性能的具體影響還沒被理解。以上這些研究，沒有涉及到噴嘴內(nèi)、外流體流動的細(xì)部結(jié)構(gòu)，只是從宏觀上對射流進(jìn)行了理論分析，依據(jù)實驗資料，得出了一些經(jīng)驗公式，做了定量分析。國內(nèi)研究者所研究的噴嘴主要用于鉆井和礦山開采大型設(shè)備，對用于切割加工的磨料水噴嘴研究還很少。

      磨料水射流切割系統(tǒng)中用的磨料水噴嘴主要是由工ngersoll-Rand, Flow和Boride公司生產(chǎn)。大多數(shù)AWJ加工中的磨料水噴嘴直徑是0. 7 ~ 1. 2mm，長度是55 ~75mm進(jìn)口的磨料水噴嘴很貴，根據(jù)牌子不同，典型的磨料水噴嘴，其價格在150到300美元。磨料水噴嘴是AWJ加工系統(tǒng)中關(guān)鍵部件之一，進(jìn)入水射流中的磨粒對噴嘴會產(chǎn)生磨損，磨損后的噴嘴會使噴嘴直徑增大，并會影響水和磨粒間動能轉(zhuǎn)換的效果。特別是在出口處，磨料水噴嘴的磨損直接影響切槽的寬度和加工精度，所以，對AWJ加工而言，提高噴嘴耐磨性是加工關(guān)鍵技術(shù)之一。