董 星， 杨 威， 李光煜

(黑龙江科技大学 机械工程学院，哈尔滨150022)

喷丸强化作为一种表面强化技术广泛应用于众多工程领域，以提高碳钢、合金钢、铝合金和钛合金等材料的疲劳抗力［1－5］。后混合水射流喷丸强化作为一种新型的喷丸强化方法而受到人们的关注。而喷头作为射流喷丸中实现能量转换的关键元件，其内流场多相流混合机制的好坏是决定喷丸质量的关键因素之一［6－10］。因此，笔者采用FLUENT 软件对后混合水射流喷丸喷头内流场进行数值模拟，探究其内流场分布规律，为提高喷丸质量奠定技术基础。

1 模型与方法

1.1 几何模型

采用Pro/E 软件建立后混合水射流喷丸喷头三维实体结构几何模型。模型的总长为93 mm，其中，水喷嘴入口圆锥收敛段长为4 mm，入口直径为1 mm，水喷嘴出口圆柱段长为2 mm，出口直径为0.3 mm;弹丸供丸管直径为6 mm，弹丸供丸管与混合室轴线成45°角;混合室长为23 mm，直径为6.4 mm;弹丸喷嘴圆锥收敛段长9 mm，弹丸喷嘴出口段长为64 mm，圆柱段直径为0.8 mm。

1.2 有限元模型

将几何模型导入FLUENT 软件中的GAMBIT 模块进行前处理，采用Hex 和Tet 网格对其进行网格划分，网格划分后的单元数为191 292 个，节点数为101 572 个，有限元模型如图1 所示。

图1 有限元模型Fig．1 Finite element model

1.3 数学模型

由于所研究后混合水射流喷丸过程中弹丸粒子的体积分数大于10%，因此，采用欧拉模型进行求解，并补充湍流模型使方程封闭。

1.3.1 控制方程

连续性方程。假设第一相为液相水，第二相为固相弹丸，其连续性方程为

式中:αl、αs——水和弹丸的体积分数;

ρl、ρs——水和弹丸的密度;