摘要：建立了自由射流模型,采用了可压缩流体轴对称N-S方程和RNGkε-模型,重点分析了出流为欠膨胀波时的马赫盘(MSD)结构。对出口静压为6.145×105Pa的自由喷射外流场进行数值仿真,描述了不同出口马赫数时的射流场结构,分析了马赫盘与喷嘴出口马赫数之间的关系,揭示了随着出口马赫数的增加,马赫盘的宽度呈现出收敛趋势,表明超音速喷嘴设计在保证常用工作压力时不出现过膨胀的情况下应适当提高出口马赫数。揭示了实际切割过程中,随着出口马赫数不断增大,马赫盘将收敛于一固定位置。对求解模型进行流场可视化对比验证,证明了仿真结果的准确性和结论分析的有效性。

摘要：对简易折线缩放喷嘴和基于霍耳(Hall)设计方法的复杂喷嘴外流场中压力分布,以及马赫盘位置变化等特性进行了分析。详细比较了这两种喷嘴气流场动力学性能之间的差别,揭示了两种喷嘴动力学性能的差别随工作压力增加越来越小的趋势。分析表明在高压状况下为减少激光切割的成本,用简易折线结构超音速喷嘴替代复杂流线结构喷嘴是可行的。

摘要：会聚型喷嘴是目前激光切割应用最为广泛的亚音速喷嘴,所产生的流场结构对激光切割质量和效率影响显著。建立了会聚型喷嘴的湍流模型,根据可压缩流休轴对称N-S方程,采用结构网格和二阶精度的有限体积法,对不同内部形状参数的会聚型喷嘴自由射流进行了数值模拟。揭示锥型喷嘴收缩段收缩角、收敛型喷嘴收敛段抛物线曲率半径对射流的流场结构参数的影响规律,为激光切割喷嘴的优化选择和设计提供有效依据。