高压水射流标线清除技术的研究及喷嘴的仿真分析

论文摘要

高压水射流是近年来在国际上兴起的一项新型清洗技术。由于其具有的高效、节能、无污染等特点,得到越来越广泛的应用。本文对用高压水射流清除道路标线做了详细的研究。分析了用高压水射流清除标线的机理,并对高压水射流清除设备做了详细的设计及介绍,以及用FLUENT对高压水射流做了模拟仿真。本文通过详细介绍了高压水射流清除标线的机理,设计了高压水射流清除设备,对设备的各个组成系统以及工作原理做了设计,并对其重点部件做了详细的说明。喷嘴是高压水射流清除系统中的关键部件之一,其作用是改变高压水射流的运动和动力特性,对清除效果的影响最大。本文基于CFD技术,对喷嘴内高压水射流流动参数之间与喷嘴几何参数之间的关系进行了分析和研究,为高效的喷嘴的设计提供了依据。本文利用计算流体力学控制方程,基于FLUENT分析软件,建立了高压水射流喷嘴内外流场的仿真模型。高压水射流喷嘴内流场的二维仿真结果表明:喷嘴内锥面是影响内部流体速度分布和漩涡性质的主要因素,锥角为15度的速度场有利于水的加速和减少喷嘴磨损;入口直径为1.5mm,长径比为2.5的喷嘴能更好的把压力转换为速度。高压水射流喷嘴外流场的二维仿真结果表明:压力大小对清除效果起着决定作用;合理的靶距,能够提高高压水射流的清除效果;冲击角为30度的时候,高压水射流具有更好的清除效果。对仿真结果与实验结果进行了验证,结果表明,射流场的仿真结果与实验结果比较吻合。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 高压水射流概述
• 1.2 高压水射流发展及研究现状
• 1.2.1 高压水射流的发展过程
• 1.2.2 国内外现状
• 1.2.3 发展趋势
• 1.3 水射流的特点
• 1.4 本论文研究背景和意义
• 1.5 本论文研究的主要内容
• 2 高压水射流清除标线机理分析
• 2.1 水射流的分类
• 2.2 水动力学结构
• 2.3 标线清除机理
• 2.4 清除标线射流方式的选择
• 2.5 本章小结
• 3 高压水射流清除设备的设计
• 3.1 总体设计方案
• 3.2 供水系统
• 3.3 高压水路系统
• 3.4 增压器
• 3.5 蓄能器
• 3.6 液压系统
• 3.7 喷嘴
• 3.7.1 喷嘴形状对射流效果的影响
• 3.7.2 喷嘴几何参数对射流效果的影响
• 3.7.3 喷嘴磨损的影响因素
• 3.7.4 喷嘴的材料和加工
• 3.8 喷头的组装方式
• 3.9 喷头的驱动装置
• 3.10 本章小结
• 4 喷嘴的仿真计算分析理论
• 4.1 喷嘴仿真分析概述
• 4.1.1 喷嘴流场仿真简介
• 4.1.2 运用CFD 方法的优点
• 4.2 喷嘴流场的特征
• 4.3 喷嘴仿真的湍流控制方程
• 4.4 喷嘴仿真的湍流模型
• 4.4.1 标准k- ε模型
• 4.4.2 RNG k- ε模型
• 4.4.3 Realizable k- ε模型
• 4.5 近壁区流动模型
• 4.5.1 壁面函数法
• 4.5.2 低Re 数k- ε模型
• 4.6 流场控制方程的离散方法和格式
• 4.7 流场数值计算方法
• 4.8 本章小结
• 5 高压水射流喷嘴内流场的仿真分析
• 5.1 收缩角对喷嘴内流场的影响
• 5.1.1 收缩角为15 度的喷嘴的仿真分析
• 5.1.2 收缩角为30 度的喷嘴的仿真分析
• 5.1.3 收缩角为45 度的喷嘴的仿真分析
• 5.1.4 仿真分析结论
• 5.2 入口直径对喷嘴内流场的影响
• 5.3 出口半径长度对喷嘴内流场的影响
• 5.3.1 长径比为1 的喷嘴的仿真分析
• 5.3.2 长径比为6 的喷嘴的仿真分析
• 5.3.3 仿真分析结论
• 5.4 本章小结
• 6 高压水射流喷嘴外自由喷射流场的仿真分析
• 6.1 高压水射流喷嘴外自由喷射流场的仿真
• 6.2 喷嘴外自由喷射流场中影响射流效果的因素
• 6.2.1 高压水射流压力对射流效果的影响
• 6.2.2 喷射距离的影响
• 6.2.3 高压水射流冲击角的影响
• 6.3 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 攻读学位期间参与的科研项目
• 致谢