Utafiti huu unalenga kubainisha jiometri itakayowezesha maji na chembe za abrasive kuchanganyika kwa usawa zaidi ndani ya vali ya kuchanganyia, ambayo ni mojawapo ya vipengele vya msingi vya mfumo wa mkondo wa maji wenye abrasive uliochanganywa mapema kwa shinikizo la juu sana. Watafiti walijenga modeli ya pande mbili ya CFD–DEM kwa kutatua awamu ya maji katika ANSYS Fluent 2023 R1 na chembe za garnet abrasive zenye kipenyo cha 0,18 mm katika mazingira ya Rocky DEM 2023 R1. Baada ya uigaji wa sababu moja, kipenyo cha koo (TD), urefu wa koo (TL), kipenyo cha bomba la kuingiza abrasive (AD), na umbali kati ya sehemu ya kutoka ya koo na kitovu cha bomba la kuingiza abrasive (TE) viliboreshwa kwa pamoja kwa kutumia muundo wa majaribio wa Box–Behnken na Methodolojia ya Uso wa Mwitikio.

Katika utafiti, ufanisi wa kuchanganya, mixing efficiency (ME), ulifafanuliwa kama uwiano wa jumla ya eneo la sehemu-tambuka la chembe za abrasive kwenye sehemu-tambuka ya kutoka ya chumba cha kuchanganyia dhidi ya eneo la kutoka. Uchambuzi wa sababu moja kwanza ulichunguza athari za uwiano wa wingi, TD, TL, AD na TE kila moja kivyake; thamani ya kazi ya vitendo ya %25 ilichaguliwa kwa uwiano wa wingi na thamani hiyo ikawekwa thabiti katika uboreshaji wa jiometri uliofuata.

Kutokana na uthibitishaji wa RSM na CFD–DEM, jiometri bora iliyorekebishwa ili iweze kutengenezwa ilibainishwa kuwa TD = 4 mm, TL = 12 mm, AD = 10 mm na TE = 7 mm. Wakati modeli ya uso wa mwitikio ilitabiri ME ya %34,57, uigaji wa CFD–DEM wa jiometri iliyozungushwa ulitoa %34,40 ± %0,49 ME. Tofauti ya jamaa kati ya utabiri na uigaji ilikuwa takribani %0,49.

ANOVA ilipanga athari za jamaa za vigezo vinne vya jiometri kwa ufanisi wa kuchanganya kwa mpangilio wa AD > TD > TL > TE. Kwa kipenyo cha bomba la kuingiza abrasive AD, F = 36,02 na p < 0,0001 zilipatikana; pia mwingiliano kati ya AD na TE ulionekana kuwa muhimu kitakwimu kwa p = 0,0391. Matokeo haya yanaonyesha kwamba vali ya kuchanganyia inapaswa kubuniwa si kwa kuzingatia tu thamani bora za kila kipimo kivyake, bali pia tabia ya pamoja ya baadhi ya vigezo vya jiometri.

Katika uthibitishaji wa kimwili, mabadiliko ya wingi wa abrasive kwa kipindi cha 1 sekunde katika majaribio matatu huru yalipimwa kuwa 13,5 g, 12,5 g na 11 g; kwa kutumia mbinu ya upanuzi iliyotumika kwenye chanzo, yalibadilishwa kuwa thamani za ME za %37,91, %35,10 na %30,89 mtawalia. Makosa ya jamaa dhidi ya uigaji yalikuwa %9,26, %1,99 na %11,36; huku wastani wa kosa kamili la jamaa ukiwa %7,54. Ingawa kosa katika jaribio moja lilizidi %10, thamani ya wastani ilibaki chini ya kikomo cha uthibitishaji cha %10 kilichotumiwa katika chanzo.

Kwa mtazamo wa Türkiye: Mkondo wa maji wenye abrasive ni teknolojia yenye umuhimu pia kwa matumizi ya uzalishaji na viwanda vizito nchini Türkiye, ikiwemo uchakataji wa metali, uchimbaji madini, uchimbaji wa vichuguu na michakato maalumu ya kukata. Hata hivyo, utafiti huu haukufanywa katika kituo cha viwandani cha AWJ nchini Türkiye. Kuhamisha moja kwa moja jiometri bora ya 4–12–10–7 mm kwenda kwenye shinikizo tofauti za pampu, ukubwa tofauti wa chembe za garnet, abrasive tofauti au mifumo ya wazalishaji tofauti hakukungwi mkono kisayansi. Katika matumizi halisi nchini Türkiye, shinikizo la uendeshaji, sifa za abrasive, nyenzo ya vali, uvumilivu wa utengenezaji na tabia ya mmomonyoko wa muda mrefu vinapaswa kuthibitishwa kivyake.

Kwa nini vali ya kuchanganyia ni muhimu kiasi hiki?

Katika mkondo wa maji wenye abrasive, sehemu muhimu ya nishati ya kukata na mmomonyoko hutokana na uhamishaji wa momentum kati ya maji yenye kasi kubwa na chembe ngumu za abrasive. Ikiwa chembe hazitasambazwa kwa usawa wa kutosha ndani ya mtiririko wa maji, msongamano wa abrasive na kasi ya chembe zinaweza kutofautiana katika maeneo tofauti ya mkondo. Hali hii inaweza kuathiri uthabiti wa mkondo na mgawanyo wa nishati kwenye nyenzo.

Katika mfumo uliochanganywa mapema, abrasive na maji huunganishwa katika hatua ya mapema zaidi tofauti na mifumo ya kawaida ya aina ya sindano. Kwa hiyo, jiometri ya koo la chumba cha kuchanganyia, nafasi ya kuingiza abrasive na muda ambao chembe hukaa ndani ya chumba huwa muhimu sana.

Kielelezo 1 kwenye ukurasa wa 4 wa utafiti kinaonyesha usanifu wa mfumo unaojumuisha pampu ya shinikizo la juu, tanki la maji, tanki la abrasive na vali ya kuchanganyia. Kielelezo 2 kwenye ukurasa huohuo kinaonyesha jiometri ya pande tatu na njia za mtiririko wa ndani za vali ya kuchanganyia iliyoboreshwa.

Modeli ya CFD–DEM iliundwaje?

Maji yalitatuliwa kama awamu endelevu katika fremu ya Eulerian kwa kutumia ANSYS Fluent 2023 R1, huku chembe za garnet zikifuatiliwa kwa mtazamo wa Lagrangian ndani ya Rocky DEM 2023 R1. Uhamishaji wa momentum wa pande mbili ulitekelezwa kati ya programu hizo mbili. Hivyo, mtiririko huathiri chembe, na uwepo wa chembe pamoja na mabadiliko ya momentum yao pia hurudishwa kwenye uwanja wa mtiririko.

Harakati ya kutafsiri ya chembe moja ya abrasive imefafanuliwa katika chanzo kama:

\[ m_p\frac{d\mathbf{v}_p}{dt} = m_p\mathbf{g} + \mathbf{F}_{drag} + \mathbf{F}_{loth} + \mathbf{F}_{P} + \mathbf{F}_{vm} + \mathbf{F}_{b} + \sum \mathbf{F}_{c} \]

Hapa, nguvu za drag, kuinua kwa Saffman, gradient ya shinikizo, wingi pepe, kuinua/ueleaji na nguvu za mgusano zinazingatiwa kwa pamoja.

Harakati ya mzunguko ya chembe pia imemodeliwa kama:

\[ I_p\frac{d\boldsymbol{\omega}_p}{dt} = \sum T_t+\sum T_r+T_f \]

Kwa hivyo, si tu kitovu cha chembe bali pia mwendo wa angular chini ya athari za mgusano na mtiririko umejumuishwa katika suluhisho la DEM.

Modeli ya chembe ya abrasive na mgusano

Abrasive zilimodeliwa kama chembe za garnet za duara zenye kipenyo cha 0,18 mm.

Mgusano wa chembe-kwa-chembe na chembe-kwa-ukuta ulitatuliwa kwa modeli ya Hertz–Mindlin.

Ingawa chembe halisi za garnet zinaweza kuwa na maumbo yasiyo ya kawaida, katika modeli zilichukuliwa kuwa za duara na zisizovunjika. Watafiti wanahalalisha dhana hii kwa kueleza kuwa lengo kuu la kazi ya sasa si kuvunjika kwa chembe, bali uhamishaji wa momentum na usawa wa kuchanganyika.

Msukosuko ulimodeliwaje?

Katika awamu ya maji, modeli ya msukosuko ya Standard k–ε na mbinu ya kawaida ya wall-function zilitumika. Chanzo kinakubali kuwa modeli kama RNG k–ε na SST k–ω zinaweza kutoa usahihi mkubwa zaidi kwa baadhi ya sifa za mtiririko unaozunguka au karibu na ukuta; hata hivyo, kwa kuwa lengo kuu la utafiti wa sasa ni ufanisi wa jumla wa kuchanganya, Standard k–ε ilionekana kuwa ya kutosha kwa gharama ya ukokotozi na uimara.

Chaguo hili ni mojawapo ya mipaka ya utafiti. Hasa, muundo wa ndani wa maeneo yenye mviringo mkali na recirculation huenda usitatuliwe kwa undani sawa na modeli za hali ya juu.

Uhuru wa mesh

Eneo la ukokotozi liligawanywa kwa elementi za tetrahedral na msongamano wa gridi wa takribani seli 52.000, 75.000 na 240.000 ulilinganishwa. Mgawanyo wa kasi kwenye mstari maalumu katika sehemu ya kutoka ya bomba la kuchanganyia ulitumika kama kigezo cha tathmini.

Tofauti dhahiri ilionekana wakati wa kutoka takribani seli 52.000 hadi 75.000; katika uboreshaji zaidi kutoka takribani 75.000 hadi 240.000, iliripotiwa kuwa mgawanyo wa kasi haukubadilika kwa kiasi kikubwa. Kwa hiyo, hesabu zilizofuata zilitumia mesh ya takribani seli 75.000.

Ufanisi wa kuchanganya umefafanuliwaje?

Katika chanzo, eneo la sehemu-tambuka la chembe moja ya abrasive ni:

\[ A_1=\frac{\pi d_0^2}{4} \]

eneo la sehemu ya kutoka ya chumba cha kuchanganyia ni:

\[ A_2=\frac{\pi d^2}{4} \]

na mixing efficiency imehesabiwa kwa:

\[ \psi= \frac{N A_1}{A_2}\times100\% \]

kwa mlinganyo huo.

Hapa \(d_0\) ni kipenyo cha chembe, \(d\) ni kipenyo cha sehemu ya kutoka na \(N\) ni idadi ya chembe zinazopita kwenye sehemu-tambuka ya kutoka. Kwa hiyo, kipimo cha ME katika utafiti huu ni tofauti na ufanisi wa ubadilishaji wa nishati; ni kipimo maalumu cha utafiti kinachowakilisha mgawanyo wa abrasive kwenye sehemu ya kutoka kupitia uwiano wa eneo.

Ni vigezo gani vitano vilikaguliwa katika hatua ya kwanza?

Chembe husogea vipi ndani ya chumba cha kuchanganyia?

Kielelezo 6 kwenye ukurasa wa 9 wa chanzo ni mojawapo ya vielelezo vinavyofafanua zaidi modeli ya CFD–DEM. Mawingu ya chembe na kontua za kasi zimeonyeshwa pamoja katika nyakati za 0,01 s, 0,062 s, 0,074 s, 0,12 s, 0,15 s na 0,20 s.

Katika 0,01 sekunde, mchanganyiko wa abrasive na maji huanza kuingia kwenye chumba. Karibu na 0,062 sekunde, eneo la shinikizo hasi hutokea upande wa kuingia wa chumba kwa athari ya mkondo wa maji wenye kasi kubwa. Eneo hili pamoja na mvuto husaidia abrasive kuhamia kwenye eneo la koo.

Takribani katika 0,074 sekunde, muundo wazi wa vortex hukua kuzunguka mkondo wa kati. Sehemu ya chembe huvutwa ndani ya kiini chenye kasi kubwa na kuharakishwa, huku sehemu nyingine ikisambazwa kwa mtikisiko katika eneo la vortex.

Katika 0,12 sekunde, eneo la vortex linaripotiwa kupanuka na mgawanyo wa chembe kuboreka; baada ya 0,15 sekunde, mchakato huingia katika hali iliyo thabiti zaidi kitakwimu.

Kielelezo hiki kinaunga mkono maelezo ya msingi ya kifizikia ya utafiti: utaratibu mkuu unaoamua usawa wa kuchanganyika ni uhamishaji wa momentum, entrainment na usambazaji unaosababishwa na vortex kati ya kiini cha maji chenye kasi kubwa na chembe za abrasive.

Matokeo ya sababu moja yalisema nini?

MR iliongeza ME kwa mtindo wa monotoniki ndani ya kiwango cha %15–%30 kilichochunguzwa. Hata hivyo, kwa kuwa abrasive nyingi zaidi huleta gharama za vitendo kwa uwezo wa tanki na muda wa uendeshaji, watafiti walichagua MR = %25 kwa hatua iliyofuata.

Kwa TD, ufanisi wa kuchanganya uliongezeka kutoka 3,5 mm hadi 4,5 mm na kufikia kilele karibu na 4,5 mm kabla ya kushuka katika 5 mm. Koo nyembamba kupita kiasi linaweza kuongeza kasi ya mkondo kupita kiasi na kupunguza muda wa kukaa unaohitajika kwa kuchanganyika, wakati koo pana kupita kiasi linaweza kupunguza kasi ya mkondo na kurahisisha chembe kutua.

TL ilionyesha kiwango cha juu cha sababu moja karibu na 14 mm. Koo fupi huacha njia isiyotosha kwa chembe kuharakishwa, wakati koo refu kupita kiasi huongeza upotevu wa momentum kutokana na msuguano wa ukuta na migongano.

AD ilionyesha kiwango cha juu karibu na 10 mm katika uchambuzi wa sababu moja. Ingizo dogo huzuia usambazaji wa abrasive, wakati ingizo kubwa linaelezwa kuwa linaweza kuongeza mabadiliko ya shinikizo na mkusanyiko wa chembe katika maeneo maalumu.

TE ilionyesha kiwango cha juu cha sababu moja karibu na 8 mm. Kwa umbali mdogo sana, chembe hugongana mara moja na mkondo wenye kasi kubwa; kwa umbali mkubwa kupita kiasi, hatari ya kutua kwa sababu ya mvuto na usambazaji usiotosha huongezeka.

Kwa nini uchambuzi wa sababu moja hautoshi?

Kubadilisha kigezo kimoja pekee huku vingine vikiwa thabiti hakuonyeshi jinsi vigezo vinavyoathiriana. Kwa mfano, kufaa kwa kipenyo cha kuingiza abrasive kunaweza pia kutegemea umbali ambao abrasive husafiri ndani ya chumba kabla ya kunaswa na mkondo wenye kasi kubwa.

Kwa hiyo, katika hatua ya pili ya utafiti, MR iliwekwa thabiti katika %25 na sababu nne za jiometri pekee zikaingizwa katika RSM.

Modeli ya regressioni ya RSM

TD = A, TL = B, AD = C na TE = D zikikodishwa hivyo, modeli ya daraja la pili iliyotolewa katika chanzo ni:

\[ \begin{aligned} Y={}&0.407A^2+0.02325B^2-0.16075C^2+0.0905D^2\\ &-0.01AB-0.285AC-0.125AD-0.03375BC-0.005BD+0.185CD\\ &+0.093667A-0.288917B+3.25333C-2.75467D+33.48558 \end{aligned} \]

kwa namna hiyo.

Mlinganyo huu ni uso wa mwitikio uliopatikana tu ndani ya viwango vya TD, TL, AD na TE vilivyochunguzwa katika utafiti. Kupanua nje sana ya viwango hivi hakujathibitishwa na chanzo.

Je, modeli inatosha kitakwimu?

Katika ANOVA, modeli ya jumla:

F = 6,01, p = 0,0009

ni muhimu kitakwimu.

Koeffisienti ya ubainishaji:

\[ R^2=0.8573 \]

na thamani iliyorekebishwa:

\[ R^2_{Adj}=0.7147 \]

ziliripotiwa.

Kwa jaribio la lack-of-fit:

p = 0,0567

ilipatikana na ilitathminiwa kuwa hakuna lack-of-fit muhimu katika kiwango cha %5.

Ni kigezo gani cha jiometri chenye nguvu zaidi?

AD ina thamani ya F iliyo kubwa zaidi kwa tofauti wazi. Matokeo haya pia yametafsiriwa katika utafiti kwa kuzingatia kuweka kipaumbele kwa uvumilivu wa utengenezaji; imeelezwa kwamba tofauti katika kipenyo cha bomba la kuingiza abrasive zinaweza kuwa muhimu zaidi kuliko vipimo vingine.

Kwa nini mwingiliano wa AD–TE ni muhimu?

Katika ANOVA, si mwingiliano wote wa jozi una umuhimu. Hata hivyo:

CD = AD × TE: F = 5,18, p = 0,0391

ilipatikana.

Chanzo kinaitaja hii kama moja ya michango muhimu ya utafiti. AD huathiri kiasi na tabia ya mgawanyo wa abrasive inayoingia kwenye chumba cha kuchanganyia, huku TE ikiathiri umbali wa jiometri ambao chembe huwa nao kabla ya kuvutwa na mkondo wenye kasi kubwa.

AD na TE zinapokuwa juu kwa wakati mmoja, uingizaji mnene wa abrasive unaweza kuungana na umbali mrefu zaidi wa mwendo huru; katika hali hii kutua kwa sababu ya mvuto kunaweza kuongezeka na kuvuruga usawa wa kuchanganyika. Kwa hiyo, ilihitimishwa kuwa jiometri hizo mbili zinapaswa kubuniwa kwa uratibu badala ya kutazamwa kwa kujitegemea.

Je, optimum ilipatikana moja kwa moja kama 4–12–10–7 mm?

Hapana. Katika modeli ya uso wa mwitikio, mgombea aliyekuwa na kosa dogo zaidi la uthibitishaji alikuwa:

na hivyo kubainishwa.

Kwa mgombea huyu, utabiri wa RSM ulikuwa:

ME = %34,57

na uigaji wa CFD–DEM ulikuwa:

ME = %34,40

Katika Jedwali 9, kosa la jamaa liliripotiwa kuwa %0,49.

Kwa sababu ya urahisi wa utengenezaji, baada ya jiometri kuzungushwa hadi thamani kamili za milimita, uigaji mwingine ulifanywa na chanzo kikapendekeza optimum kuwa:

TD = 4 mm, TL = 12 mm, AD = 10 mm, TE = 7 mm

na hivyo ikapendekezwa.

Watafiti wanasema optimum haipo kama nukta moja kali ya kihisabati, bali katika eneo la utendaji wa juu ambako ME hubaki kiasi thabiti, jambo linaloweza kutoa ustahimilivu fulani dhidi ya uvumilivu mdogo wa utengenezaji.

Mbinu na Matokeo

Muundo wa utafiti wa sababu moja

Katika hatua ya kwanza, kila sababu ilibadilishwa kivyake na mabadiliko ya idadi ya chembe zinazotoka kwa muda yakarekodiwa. Kielelezo 5 kwenye ukurasa wa 8 wa chanzo kinaonyesha mikunjo ya idadi ya chembe za kutoka dhidi ya muda kwa MR, TD, TL, AD na TE.

Kwa kuwa mtiririko huwa thabiti zaidi kitakwimu baada ya takribani 0,15–0,20 s, vipindi vya 0,25–0,35 s, 0,30–0,40 s na 0,35–0,45 s vilitumika katika tathmini ya ME.

Kielelezo 7 kwenye ukurasa wa 10 wa chanzo kinaonyesha mikunjo ya ME ya vigezo vitano. Isipokuwa MR, vigezo vingi vya jiometri vilifikia kilele karibu na optimum fulani na kisha kushuka. Tabia hii inaonyesha kuwa uboreshaji wa jiometri si tatizo rahisi la “kuongeza ukubwa”.

Ni uigaji mingapi ulifanywa katika muundo wa Box–Behnken?

Katika matriksi ya Box–Behnken yenye sababu nne na viwango vitatu, kuna jumla ya pointi 29 za muundo. Tano kati yake ni marudio ya pointi ya kati. Matokeo ya ME katika chanzo yanatofautiana takribani kati ya %33,23 na %34,55.

Ukaribu wa thamani za marudio ya pointi ya kati husaidia kuonyesha kwamba mabadiliko ya namba katika modeli ya CFD–DEM ni madogo; utafiti wenyewe pia unasema kwamba mtiririko wa awamu mbili na migongano ya chembe huleta utofauti wa asili wa namba.

Nyuso za mwitikio zinaonyesha nini?

Kielelezo 9 kwenye ukurasa wa 15 wa chanzo kinaonyesha ramani za response-surface za pande tatu na contour kwa jozi sita tofauti za vigezo:

• TD–TL,
• TD–AD,
• TD–TE,
• TL–AD,
• TL–TE,
• AD–TE.

Matokeo yanayovutia zaidi ni uso wa AD–TE. Kubadilisha vigezo hivi viwili kwa pamoja huleta mwingiliano kwenye ME ambao hauonekani katika uchambuzi wa sababu moja.

Uigaji upya wa wagombea watano bora

Katika mchanganyiko wote watano wa uthibitishaji, kosa lilibaki chini ya %5. Mchanganyiko wa nne ulitoa kosa dogo zaidi na, pamoja na tathmini ya uwezo wa kutengenezwa, ukawa msingi wa muundo wa mwisho.

Kifaa halisi cha majaribio

Kielelezo 11 kwenye ukurasa wa 18 wa chanzo kinaonyesha mfumo wa kimwili wa majaribio katika picha pamoja na vipengele vyake. Mfumo unajumuisha:

• mfumo wa udhibiti wa CNC,
• jukwaa la kukata,
• kizalishi cha mkondo wa maji wenye abrasive uliochanganywa mapema,
• tanki la abrasive,
• vali ya kuchanganyia,
• pampu ya shinikizo la juu,
• tanki la maji,
• mfumo wa kudhibiti shinikizo,
• kitengo cha kupima uzito,
• kiolesura cha kompyuta/data

.

Kitengo cha kupima uzito kilirekodi mabadiliko ya wingi katika tanki la abrasive kwa muda. Katika majaribio matatu, wastani wa kupungua kwa wingi kwa sekunde moja ulikuwa:

13,5 g, 12,5 g na 11 g

mtawalia.

ME ya majaribio ilihesabiwaje?

Hili ni jambo muhimu kwa tafsiri sahihi ya utafiti. Katika uigaji bora wa CFD–DEM, wingi wa abrasive unaolingana na sekunde moja ulihesabiwa kuwa 12,25 g na ME %34,40.

Katika jaribio, ME haikupimwa moja kwa moja kupitia eneo la kijiometri la chembe kwenye sehemu-tambuka ya kutoka. Badala yake, uhusiano wa uwiano uliwekwa kati ya wingi wa majaribio na wingi rejea katika uigaji:

\[ \frac{m_{Test}}{m_{Fluid}} = \frac{\varphi_{Fluid}}{\varphi_{Test}} \]

Kutokana na upanuzi huu uliotolewa katika chanzo:

Wastani wa kosa kamili la jamaa:

%7,54

uliripotiwa.

Chanzo kinatafsiri matokeo haya kama uthibitishaji wa jumla wa modeli kwa mujibu wa kikomo chake cha wastani cha kosa cha %10. Hata hivyo, kosa la Jaribio 3 la %11,36 liko juu ya %10. Pia, kwa kuwa ME ya majaribio ilitolewa kwa kutumia uhusiano wa wingi–ME wa uigaji, ni muhimu kukumbuka kwamba uthibitishaji huu si kipimo huru cha moja kwa moja cha mgawanyo wa chembe kwenye sehemu-tambuka ya kutoka.

Maelezo ya kifizikia ya jiometri bora

Kulingana na chanzo, kipenyo cha koo cha 4 mm huweka mkondo wa kati wa maji ukiwa na nguvu ya kutosha kuvuta chembe kwa ufanisi, huku kikizuia tatizo la kasi kupita kiasi na muda mfupi wa kukaa.

Koo fupi kiasi la 12 mm hutoa umbali wa kutosha kwa chembe kuharakishwa huku likipunguza msuguano wa ukuta na upotevu wa momentum unaoweza kutokea katika koo refu zaidi.

Kipenyo cha kuingiza abrasive cha 10 mm huhakikisha usambazaji wa kutosha wa chembe huku kikizuia usambazaji mnene kupita kiasi na mabadiliko ya shinikizo.

TE ya 7 mm huunda nafasi ya jiometri inayofaa kwa abrasive kunaswa na mkondo wenye kasi kubwa na eneo la vortex.

Nguvu za utafiti

• Matumizi ya uhamishaji wa momentum wa pande mbili wa CFD–DEM kati ya awamu za maji na abrasive.
• Matumizi ya RSM inayojumuisha mwingiliano wa vigezo baada ya uchambuzi wa sababu moja.
• Muundo wa Box–Behnken wa pointi 29 na ANOVA kufanywa.
• Thamani ya lack-of-fit ya modeli kutathminiwa kivyake.
• Miundo mitano kati ya wagombea 25 wenye desirability kubwa kuthibitishwa tena kwa CFD–DEM.
• Jiometri iliyozungushwa inayoweza kutengenezwa kuigizwa tena.
• Kipimo halisi cha wingi wa abrasive kufanywa katika kifaa cha premix AWJ.
• Mwingiliano wa AD–TE kubainishwa kitakwimu.

Vikwazo vya msingi

Umbo la chembe limerahisishwa: Chembe za garnet zilichukuliwa kuwa za duara na zisizovunjika. Chembe halisi huwa na maumbo yasiyo ya kawaida na zinaweza kuvunjika katika migongano yenye nishati kubwa.

Mmomonyoko wa ukuta haujaunganishwa na modeli: Haikutatuliwa jinsi abrasive zinavyoweza kumomonyoa ukuta wa chumba cha kuchanganyia kwa muda na kubadilisha jiometri.

Modeli ya msukosuko ina mipaka: Standard k–ε ilitumika kwa kuchanganya kwa jumla, lakini SST k–ω au modeli za hali ya juu zaidi zinaweza kutoa matokeo tofauti katika maelezo ya ndani ya maeneo yenye mviringo mkali na recirculation.

Aina moja tu ya abrasive na ukubwa mmoja wa chembe ulitumika: Matokeo yalipatikana kwa garnet ya 0,18 mm.

ME ya majaribio ilihesabiwa kwa njia isiyo ya moja kwa moja: Jaribio la kimwili halikupima moja kwa moja mgawanyo wa eneo la chembe kwenye sehemu-tambuka ya kutoka; kipimo cha wingi wa abrasive kilipanuliwa kuwa ME kwa kulinganisha na rejea ya uigaji.

Uimara wa muda mrefu wa viwandani haukupimwa: Uchovu wa vali na mabadiliko ya utendaji kutokana na uendeshaji wa muda mrefu katika jiometri bora hayapo katika utafiti huu.

Hitimisho linaloungwa mkono na utafiti

Katika mfumo uliofafanuliwa wa AWJ uliochanganywa mapema kwa shinikizo la juu sana, kwa abrasive ya garnet na ndani ya viwango vya jiometri vilivyochunguzwa, imeonyeshwa kuwa TD, TL, AD na TE huathiri kwa pamoja ufanisi wa kuchanganya na kwamba CFD–DEM na RSM zinaweza kutumika pamoja kubainisha eneo bora.

Data ya chanzo inaunga mkono kwamba muundo uliopendekezwa wa 4 mm TD, 12 mm TL, 10 mm AD na 7 mm TE hutoa takribani %34,40 ME iliyosimuliwa ndani ya eneo lililochunguzwa na hutoa matokeo yanayokaribiana na utabiri wa RSM.

Hitimisho lisiloungwa mkono na utafiti

Jiometri hii si optimum ya ulimwengu wote kwa mifumo yote ya mkondo wa maji wenye abrasive. Haijaonyeshwa kwamba optimum hiyo hiyo itadumu kwa shinikizo tofauti la pampu, aina tofauti ya abrasive, umbo au ukubwa tofauti wa chembe, uwiano tofauti wa mchanganyiko, nyenzo tofauti ya vali au hali za mmomonyoko wa muda mrefu.

Utafiti pia hauonyeshi kwa majaribio kwamba %34,40 ME itatoa moja kwa moja kasi fulani ya kukata, ubora fulani wa uso au kiwango fulani cha kuondoa nyenzo. Tokeo kuu ni kipimo cha ME maalumu kwa utafiti ndani ya chumba cha kuchanganyia.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Jina kamili la utafiti asilia: Multi-Objective Optimization of Structural Parameters of an Ultra-High-Pressure Premixed Abrasive Waterjet Mixing Valve

Waandishi na mpangilio: Huaibei Xie; Qingliang Zi; Yan Wang.

Mchango sawa/mwandishi wa kwanza sawa: Chanzo hakielezi uandishi wa kwanza wa pamoja au mchango sawa.

Mwandishi anayewajibika: Huaibei Xie.

Taasisi: School of Mechatronics Engineering, Anhui University of Science and Technology; Institute of Intelligent Machines, Hefei Institutes of Physical Science, Chinese Academy of Sciences; State Key Laboratory of Digital Intelligent Technology for Unmanned Coal Mining; Anhui Key Laboratory of Mine Intelligent Equipment and Technology.

Jarida: Machines.

Mchapishaji: MDPI, Basel, Switzerland.

Juzuu / toleo / makala: Machines 2026, Juzuu 14, Toleo 6, Makala 616.

DOI: 10.3390/machines14060616

Kupokelewa / marekebisho / kukubaliwa / kuchapishwa: 23 Nisan 2026 / 23 Mayıs 2026 / 25 Mayıs 2026 / 28 Mayıs 2026.

Maelezo ya toleo la uchapishaji: Chanzo kinaeleza kwamba makala ilichapishwa tena kwa mabadiliko madogo na kwamba mabadiliko hayo hayakuathiri maudhui ya kisayansi. Maelezo haya yapo katika toleo la sasa la chanzo v3.

Aina ya chanzo na uhakiki wa rika: Makala ya utafiti iliyopitiwa na rika; ni kazi ya uhandisi inayounganisha CFD–DEM, uigaji wa sababu moja, uboreshaji wa uso wa mwitikio wa Box–Behnken na uthibitishaji wa kimwili wa majaribio.

Kiungo rasmi cha uchapishaji:Ukurasa rasmi wa makala wa MDPI

Kiungo cha DOI:https://doi.org/10.3390/machines14060616

Leseni: Creative Commons Attribution (CC BY).

Ufadhili: Scientific Research Start-up Foundation of Anhui University of Science and Technology, Proje No. 2024yjrc20.

Upatikanaji wa data: Waandishi wanaeleza kuwa data husika inayounga mkono matokeo inapatikana ndani ya utafiti.

Mgongano wa maslahi: Waandishi wametangaza kwamba hawana mgongano wa maslahi.

Michango ya waandishi: Uundaji wa dhana Huaibei Xie na Yan Wang; rasilimali, ufafanuzi wa mbinu na programu Huaibei Xie; uchunguzi, upangaji wa data na uthibitishaji Huaibei Xie na Qingliang Zi; rasimu ya kwanza Huaibei Xie na Qingliang Zi; ukaguzi, uhariri na tafsiri ya matokeo Huaibei Xie na Yan Wang.

Upeo wa maudhui ya kisayansi: Thamani za jiometri, vigezo vya CFD–DEM, milinganyo, matokeo ya sababu moja, matriksi ya Box–Behnken, thamani za ANOVA, vigezo bora na matokeo ya uthibitishaji wa kimwili katika maandishi haya ya Verianla yanategemea utafiti uliochunguzwa. Chanzo cha nje kimetumika tu kuthibitisha kitambulisho cha uchapishaji kibibliografia.

Maelezo kuhusu istilahi ya kichwa/mbinu: Kichwa asilia kinatumia maneno “Multi-Objective Optimization”. Hata hivyo, katika hatua ya RSM iliyoelezwa katika makala, kigezo kimoja cha mwitikio ME ndicho kinachoongezwa hadi kiwango cha juu na sababu nne huru za jiometri ndizo zinazoboreshwa. Maandishi haya ya Verianla hayabadili kichwa asilia, lakini pia hayapanui mbinu kana kwamba kuna kazi nyingi huru za mwitikio zisizokuwapo katika chanzo.

Maelezo ya uthibitishaji wa majaribio: Katika majaribio ya kimwili, ukubwa uliopimwa moja kwa moja ni mabadiliko ya wingi wa abrasive. Thamani za ME za majaribio zilitolewa kwa uwiano kwa kutumia wingi wa abrasive wa 12,25 g/s na rejea ya %34,40 ME katika uigaji. Makosa ya jamaa ya majaribio matatu ni %9,26, %1,99 na %11,36; wastani wa kosa kamili la jamaa ni %7,54.

Vikwazo vikuu vya mbinu: Chembe zilimodeliwa kuwa za duara na zisizovunjika, mmomonyoko wa ukuta haukutatuliwa, Standard k–ε ilitumika, ukubwa mmoja tu wa chembe za garnet ulichunguzwa na uimara wa viwandani wa muda mrefu haukutathminiwa. Kwa hiyo, kuhamisha moja kwa moja jiometri bora kwenda kwenye mifumo mingine ya AWJ hakukungwi mkono.