[發明專利]噴射式挖溝機噴嘴的一種參數設計及其數值模擬方法

有效

• 申請號: 201910110150.0
• 申請日: 2019-02-11
• 公開（公告）號: CN109902363B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 鄒麗;徐偉桐;孫哲;金國慶;裴玉國;王振;孫鐵志
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 唐楠;李洪福

1.一種噴射式挖溝機噴嘴的一種參數設計及其數值模擬方法，其特征在于具有如下步驟：

S1、噴嘴參數的設計

根據距離噴嘴x處的射流有效壓強計算公式：推導出滿足傾斜β度噴嘴和垂向噴嘴在相同垂向距離處射流有效壓強相等時的噴嘴半徑和傾斜角度之間的關系式：其中，R為噴嘴半徑，p為噴嘴出口動壓，R_垂為垂向噴嘴半徑，R_斜為傾斜噴嘴半徑；

S2、噴嘴參數的選取

根據步驟S1推導出的公式先確定垂向噴嘴半徑R_垂為固定值，再選取不同的傾斜角度β，得到不同的傾斜噴嘴半徑R_斜；

S3、幾何模型的建立

根據步驟S2選取的噴嘴參數，利用Solidworks建立垂向噴嘴和傾斜噴嘴組合幾何模型；

S4、邊界條件設定和網格劃分

將步驟S3建立的噴嘴組合幾何模型導入到Flow-3D軟件中，將計算域劃分成上下相互連接的兩個block，對兩個block邊界進行定義，對計算域進行網格劃分并檢查網格質量；

S5、利用Flow-3D進行數值模擬

添加泥沙物理模型并定義泥沙參數，設置計算域的初始條件，時間步長，計算物理時長，最大迭代次數；

在Flow-3D中開始數值求解；

S6、結果處理及分析

導出步驟S5中Flow-3D計算結果中的地形表面文件，利用Matlab處理地形表面文件，得到射流沖刷溝剖面的幾何參數并進行分析。

2.根據權利要求1所述的噴射式挖溝機噴嘴的一種參數設計及其數值模擬方法，其特征在于，所述步驟S1中，由向內傾斜β度噴嘴和垂向噴嘴出口在同一垂向高度可知，其靶距x_斜為垂向打擊距離x_垂的倍，即：將其代入射流有效壓強計算公式，為使用同樣的出口動壓，使傾斜噴嘴和垂向噴嘴在相同垂向距離處達到同樣的射流有效壓強，推導出應滿足：

3.根據權利要求1所述的噴射式挖溝機噴嘴的一種參數設計及其數值模擬方法，其特征在于，步驟S4中，定義上部的block四周的邊界為：X_Max、X_Min、Y_Max和Y_Min，且都設置為壓力出口邊界，壓力值設置為0，上部的block的Z_Max設置為壓力入口邊界，壓力值設為噴嘴入口壓力；

由于上部的block的Z_Min與下部的block的Z_Max連接，因此將上部的block的Z_Min設置為默認邊界；

定義下部的block的四個邊界為：X`<sub>Max</sub>、X`_Min、Y`<sub>Max</sub>和Y`_Min，且都設置為墻邊界，下部的block的Z`_Min由于是泥沙，因此也設置為墻邊界，下部的block的Z_Max設置為默認邊界，與上部的block的Z_Min邊界連接；

對兩個block中的噴嘴及其沖刷區域三個方向上的網格尺寸進行加密，計算域兩側的網格則設置稀疏，目的是為了合理控制網格數量。