韩启龙，马　洋

(第二炮兵工程大学 动力工程系， 陕西 西安　710025)



喷嘴结构对高压水射流影响及结构参数优化设计*

韩启龙，马洋

(第二炮兵工程大学 动力工程系， 陕西 西安710025)

摘要：喷嘴是产生高压水射流的关键部件，其结构形式对射流动力学性能有很大影响。以圆柱形喷嘴为对象，进行喷嘴结构对高压水射流的影响分析及结构参数优化设计。采用两相流计算流体力学模型进行喷嘴内外的射流流场分析。为节省计算资源，在优化设计时引入Kriging代理模型替代计算流体力学模型。分别采用改进的非劣分类遗传算法和基于分解的多目标进化算法进行单目标和多目标优化设计。研究结果表明：直线型喷嘴总体性能较优，凹型喷嘴的次之，凸型喷嘴性能最差。以直线型喷嘴为设计对象，以射流初始段长度和流量为目标，得到了单目标和多目标优化设计结果。单目标优化时，两个指标较基准外形分别提高14.71%和27.56%。多目标优化时，优化得到的半锥角处于[15.4°, 89.8° ]区间内。运用代理模型和进化算法的全局优化方法在进行喷嘴的优化设计时是有效的。

关键词：高压水射流；喷嘴；全局优化；两相流；代理模型；基于分解的多目标进化算法

由于具有清洗质量好、清洗速度快、绿色环保、安全性能高等优点[1]，高压水射流在固体发动机推进剂的清洗和切割中具有很好的应用前景[2-3]。

喷嘴是产生高压水射流的关键部件，其结构形式对射流动力学性能和内部流场有很大影响，因此，广大学者采用不同的方法对其进行研究。……