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强约束喷嘴内部流场的数值模拟与实验研究 强约束喷嘴内部流场的数值模拟与实验研究 摘要:本文以强约束喷嘴为研究对象,采用数值模拟和实验研究相结合的方法,对其内部流场进行了研究。通过对数值模拟的结果分析,得到了喷嘴入口处的速度分布特征、流场压力分布情况以及速度矢量示意图等。同时,在实验研究中,通过激光干涉仪和抛物线干涉仪对喷嘴内部流场进行探测,得到了实验测量结果,并与数值模拟结果进行比较和分析,得到了实验数据的可靠性。最后,通过分析结果,提出了进一步优化喷嘴设计及流场控制的建议。 关键词:强约束喷嘴,数值模拟,实验研究,流场控制 1.引言 强约束喷嘴是一种常用于微型流控系统中的器件,其内部流场特性对于喷雾喷射、输液以及混合等工业应用具有重要的意义。由于其尺寸较小,传统的流体力学实验方法往往难以达到高精度、高分辨率的要求。因此,采用数值模拟的方法对其内部流场进行研究具有很大的优势。 2.数值模拟 在数值模拟方面,本研究采用ANSYSFluent软件对强约束喷嘴进行了模拟。模型采用三维半对称几何模型,并采用有限体积法对流体运动进行数值模拟,同时考虑了粘性效应和湍流效应等影响因素。图1为数值模拟的模型示意图。输入的边界条件包括流量、速度、压力等参数。 在模拟结果方面,我们关注了喷嘴入口处的速度分布特征、流场压力分布情况以及速度矢量示意图等。图2为喷嘴内的速度分布情况。可以看出,在喷嘴入口处,速度分布较为均匀,而随着流体流动的进一步深入,速度逐渐增加,其分布也趋向于集中。同时,图3展示了喷嘴内部的压力分布情况。可以看出,在喷嘴截面处压力较高,而随着流体流动的进一步深入,压力逐渐减小。 另外,图4为喷嘴内的速度矢量示意图,可以看出,由于喷嘴内部存在一定的限制条件,流体在经过喷嘴之后流速较大,并且流线趋向于集中在中心区域。这些模拟结果对于喷嘴内部流动特性的深入理解起到了重要的作用。 3.实验研究 除了数值模拟外,本研究还开展了实验研究,采用激光干涉仪和抛物线干涉仪对喷嘴内部流场进行探测。图5和图6为实验测量结果的示意图。通过实验测量,我们得到了不同位置处的速度场分布情况,并比较了实验数据与数值模拟结果的一致性。 通过实验数据与数值模拟结果的比较,可以看出两者的一致性较好,实验数据的可靠性得到了验证。 4.结论 本文针对强约束喷嘴内部流场特性进行了数值模拟和实验研究。通过分析数值模拟结果和实验测量数据,可以得出以下结论: 1)喷嘴内部流场速度分布和压力分布随流动深度的变化情况,对于强约束喷嘴的设计和应用有很大的参考价值。 2)实验测量结果的可靠性得到了验证,为在实际应用中对喷嘴性能进行优化提供了实验数据支持。 基于以上结论,我们可以进一步优化喷嘴设计及流场控制,提高其应用效果和对流动特性的理解。 参考文献: [1]吴怀志,陈凯,何建民.强约束喷嘴的流场数值模拟及实验研究[J].机床与液压,2007,07:44-46. [2]JiaoY,HuX,LiC.Anovelmicro-electro-thermal-chemicalanalysissystemwithintegratedchemicalpreconcentrator[J].SensorsandActuatorsB:Chemical,2012,171-172:661-669. 【英文版】 Numericalsimulationandexperimentalresearchoftheinternalflowfieldofastronglyconstrainednozzle Abstract:Inthispaper,theinternalflowfieldofastronglyconstrainednozzlewasstudiedbycombiningnumericalsimulationandexperimentalresearch.Byanalyzingtheresultsofnumericalsimulation,thevelocitydistributioncharacteristics,flowpressuredistributionandvelocityvectordiagramatthenozzleinletwereobtained.Inaddition,theinternalflowfieldofthenozzlewasdetectedbylaserinterferometerandparabolicinterferometerintheexperimentalstudy,andtheexperimentalmeasurementresultswereobtainedandcomparedwiththenumericalsimulationresults,whichensure