利用 Fluent 研究噴射泵式DF係統
2018-5-16 來源：長治職業技術（shù）學院（yuàn） 作（zuò）者：平豔玲
摘（zhāi）要：采（cǎi）用通用（yòng）計算流體力學軟件 Fluent 對改進後的 DF 係統（噴（pēn）射泵式 DF 係統（tǒng））負壓裝置進行力學仿真。仿（fǎng）真結果表（biǎo）明：噴射泵式 DF 係統結構的排屑能（néng）力遠優於傳統的圓錐形噴嘴（zuǐ）的 DF 係統結構，並可讓研究（jiū）者形象直觀認識兩種負壓裝置內流體運動的力學特（tè）性。
關鍵詞：深孔加工 DF 係統 負壓裝置 仿真
0、引言
DF 深孔加工係（xì）統由單管噴吸鑽和雙泵加油深孔兩種（zhǒng）結構組合而成。DF 係統（tǒng）屬於深孔鑽削加工係統，該係統通過噴射鑽和 BTA 內排屑鑽的結合而運轉，在需要加工（gōng）的零件斷麵處，設置一個油密封裝置，通過（guò）推壓手段控製其提供（gòng）冷卻液的操（cāo）作，並在（zài）該裝置（zhì）的後部，放置一個裝置（zhì）使其（qí）能產生吸引力，使冷卻（què）液在這兩（liǎng）種力的雙重作用下加速流動，流量加大，增強排（pái）屑（xiè）力。針對小直徑深孔鑽削加工類操作時，特別是加工性差和難斷屑類材料的加工過程中，該結構會十分適用且好用，同（tóng）時能很方便地切屑處理。但該（gāi）結構還（hái）存在眾多設計上的弊端，如設計時運用先前的經驗數據（jù），未充分解釋噴吸效應，設計工作缺乏理論指導，掩蓋傳統（tǒng）DF 設計優勢。在本文中，重點探討噴射泵式 DF 係統中負壓裝置內的力學行為，數學模型的建造等問題，並運用 Fluent 軟件模擬分析兩種負壓裝置中的切削液，使研究者進一步了解噴射泵式 DF 係統負（fù）壓裝置（zhì）的排屑能力。
1、噴射泵（bèng）式負（fù）壓裝置結構設計
噴射泵式負壓裝置（zhì）的（de）基本結構模型如圖 1 所（suǒ）示。結構和傳統 DF 係統（tǒng）負壓裝（zhuāng）置采用同一實驗條件，即雙進油孔的負壓（yā）抽屑裝置，能夠在射流前將其通道中切削液進行均壓操作，以此實現（xiàn）均勻的圓錐（zhuī）形射流，保障負壓效應提升；並在實現均壓效果前提下（xià），縮小均壓腔空（kōng）間，盡可能減少擴壓能量的損耗，使（shǐ）負壓裝置體積縮小。為達到該效果，在負壓裝置確定前提下對模型施（shī）加外界條件，分析模型裝置內液體特征，使（shǐ）兩種結構中負壓裝置內的壓力場、速度場、溫度場和能量場中（zhōng）狀況更完整（zhěng）地呈現.
圖 1 噴射泵式負壓抽屑（xiè）裝置的（de）三維半剖圖
2、幾何模型與數值計算方法（fǎ）
在計算過程中，運用有限元法離散控製（zhì）方（fāng）程以及邊界條件，運用 SIMPLE 算（suàn）法得出壓力 - 速度（dù）耦合，通過一階迎（yíng）風差分格式表示動量、湍流動能和溫度場離散格式。
3、計算結果與分析
傳（chuán）統負壓抽屑（xiè）裝置與噴射泵（bèng）式（shì）負壓（yā）抽屑（xiè）裝置在噴嘴處產生的最大壓力值分別是 1.4MPa 和 1.6MPa，即麵對相同壓力（lì）出口，噴射泵式負壓（yā）抽屑裝置比傳（chuán）統的負壓抽屑裝置的壓力增加。可以（yǐ）證明噴射泵式負壓抽屑裝（zhuāng）置內，其前後壓（yā）差越大時排屑能力也越強。
處於排屑通道出口即混合室出（chū）口時，傳統負壓抽屑裝置和噴射泵式負壓抽屑裝置出口速度的最大值分別是 15m/s和 16m/s，可證（zhèng）明噴射泵式的負壓抽屑裝置能夠更加充（chōng）分的運用能（néng）量（liàng），從而提升排屑能力。
傳（chuán）統負壓抽屑裝置以及噴射泵（bèng）式負壓抽屑裝（zhuāng）置在噴嘴出口處動能分別是 550J 和 630J，即噴射泵式（shì）負壓抽屑裝置（zhì）動能更大，從而使（shǐ）動能轉（zhuǎn）換率更高，能（néng）夠使（shǐ）排屑通道（dào）中（zhōng）的混合液體加（jiā）速運（yùn）動，增強排屑能力。
傳統負壓抽屑裝置排屑通道中的最大值是 700J，噴射（shè）泵式負壓抽屑（xiè）裝置排（pái）屑通道中的最大值是 800J，可見（jiàn）噴射（shè）泵式負壓抽屑裝置的（de）排屑通道具（jù）有更強的（de）混合力，從而帶動排屑能力的提升。
傳統負壓抽屑（xiè）裝置以及噴射泵式負壓（yā）抽屑（xiè）裝置在出口處的混合（hé）液溫度分別處（chù）在 323.5 ～ 325.5K 與 323 ～ 324.5K，可見相同溫度下（xià），噴射泵式負壓抽屑裝置（zhì）排出的混合液溫度更低，證明了該裝置具有良好的散熱性能。
4、結語
本文主要建造兩種負（fù）壓抽屑裝置（zhì）和腔體內（nèi）流體物理模型，使用 Fluent 軟件分析腔體內流體運動特征，並對比噴射泵式的負壓裝置實驗仿真與傳統（tǒng）負壓抽屑（xiè）裝置在壓力場、速度場、溫度場和能量場（chǎng）等，分析各（gè）自特（tè）性與不（bú）足。研究結果表明，相對於傳統圓錐形噴嘴負壓裝置，配備擴散室與自由曲麵的（de）內外噴嘴（zuǐ）結構噴射泵式負壓（yā）裝置（zhì）具有更強的排屑能力。此外（wài），驗證（zhèng） DF 係統中負壓裝（zhuāng）置的（de）巨（jù）大作用，同時為研究者進一步了解（jiě）噴射泵式 DF 係統的（de）負壓裝置的內流（liú）體運動特征提供相應的依據（jù）。
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