吸入式喷砂枪作为喷砂装置中的常用设备,是颗粒输送及加速的重要部件。为研究吸入式喷砂枪内部流场及颗粒运动情况,以及丸粒吸入口入射角、混合室直径对吸入式喷砂枪丸粒吸入及加速效果的影响,采用CFD软件Fluent进行气固耦合仿真计算。结果表明:随着丸粒吸入口入射角越小,颗粒输送及加速性能越好;随着混合室直径变化,吸入式喷砂枪的引射系数存在一个最优值,能使颗粒的输送效果最好,该最优值还随压缩空气压力的增大而减小,而混合室直径越小对颗粒的加速效果越好。研究结果为吸入式喷砂枪的设计及选用提供了参考。

气动喷丸作为构件表面处理的重要方式被应用广泛。为了研究喷丸过程中颗粒在靶材上的分布情况,通过数值计算的方法模拟喷丸过程,采用Fluent软件进行气固耦合仿真计算;获得颗粒流在靶材上任意时刻定点喷打的分布特性,并分析了喷嘴类型、入口压力、靶材距离等关键参数的影响;得到不同喷嘴对靶材上颗粒的分布情况,文丘里型喷嘴的分布特性明显优于收缩型及流线型喷嘴;入口压力大于某一压力值时压力对颗粒分布特性的影响较小,而靶材距离存在一个最优值使得颗粒分布特性最优。

干冰喷枪性能直接决定了干冰清洗效果。针对现有的一种干冰清洗喷枪清洗性能不佳的问题,考虑多个清洗影响因素对喷枪进行多目标优化,提高清洗效果。采用喷枪的几何特征为变量设计正交试验,利用FLUENT进行仿真试验。分别对单一目标优化,根据得到的单目标最优值建立隶属函数,以完成量纲一化处理并加权得到综合评判分数来评价喷枪综合性能。分析综合性能极差,得到喷枪结构的各个几何参数对单一目标和综合性能的影响因次,最终设计出清洗效果最优的喷枪设计方案。试验结果表明:优化后的喷枪比现有喷枪的综合性能提高2.34倍;基于FLUENT的气固两相耦合仿真试验结合综合评判方法能对干冰清洗喷枪进行有效优化。研究结果为喷枪的设计优化提供参考。

针对配气台管路振动问题,采用传递矩阵法和有限元模态分析法,建立管道系统振动频率的计算模型。运用MATLAB,ANSYS和AMESim软件分析计算,得到气柱固有频率、结构固有频率及扰动频率三者之间的关系,确定配气台管路振动的原因,并提出有效的解决措施。研究表明:由于扰动频率与管路内气柱低阶固有频率相近,激发配气台管路剧烈共振,通过增加阻尼孔板和增加管路支撑,改变了管路内气柱固有频率和结构固有频率,有效的解决了配气台管路共振问题。

为了分析可变截面节流器对空气静压轴承性能的影响,提出了变截面节流器的空气静压轴承模型,通过轴承承载表面弹性薄板的挠度变形实现节流器截面形状的动态变化。建立固体薄板变形和气体润滑的耦合偏微分方程,采用有限差分法和超松弛迭代法对耦合方程进行离散和数值求解。计算结果表明节流器的截面形状直接决定了数值计算过程中喷嘴系数的大小,与刚性节流器的空气静压轴承相比,变截面节流器的空气静压轴承刚度提高了15%,在较高承载力的情况下能够获得更大的刚度。实验测试结果和理论分析基本一致,变截面节流器的设计方法能够有效提高空气静压轴承的静特性。