Ин таҳқиқот ҳадаф дорад геометрияеро муайян кунад, ки дар клапани омехтакунӣ — яке аз ҷузъҳои асосии системаи ҷараёни обии абразивии пешомехтаи ултрабаландфишор — омехташавии об ва зарраҳои абразивиро яксонтар намояд. Муҳаққиқон фазаи обро дар ANSYS Fluent 2023 R1 ва зарраҳои абразивии гранатии диаметрашон 0,18 mm-ро дар муҳити Rocky DEM 2023 R1 ҳал намуда, модели дуҷонибаи CFD–DEM сохтанд. Пас аз симулятсияҳои як-омилӣ, диаметри гулӯ (TD), дарозии гулӯ (TL), диаметри қубури вуруди абразив (AD) ва масофаи байни баромади гулӯ ва маркази қубури вуруди абразив (TE) бо тарҳи таҷрибавии Box–Behnken ва Методологияи Сатҳи Ҷавоб якҷоя оптимизатсия шуданд.

Дар таҳқиқот самаранокии омехташавӣ, mixing efficiency (ME), ҳамчун нисбати масоҳати умумии буриши зарраҳои абразивӣ дар буриши баромади камераи омехтакунӣ ба масоҳати баромад муайян карда шудааст. Таҳлили як-омилӣ аввал таъсири алоҳидаи таносуби масса, TD, TL, AD ва TE-ро баррасӣ кард; барои таносуби масса арзиши амалии %25 интихоб шуд ва дар оптимизатсияи минбаъдаи геометрӣ ин арзиш собит нигоҳ дошта шуд.

Дар натиҷаи санҷиши RSM ва CFD–DEM геометрияи оптималии барои истеҳсол муносибшуда TD = 4 mm, TL = 12 mm, AD = 10 mm ва TE = 7 mm муайян гардид. Дар ҳоле ки модели сатҳи ҷавоб ME-ро %34,57 пешгӯӣ кард, дар симулятсияи CFD–DEM-и геометрияи гирдкардашуда %34,40 ± %0,49 ME ба даст омад. Фарқи нисбии байни пешгӯӣ ва симулятсия тақрибан %0,49 буд.

ANOVA таъсири нисбии чор тағйирёбандаи геометриро ба самаранокии омехташавӣ ба тартиби AD > TD > TL > TE ҷойгир кард. Барои диаметри қубури вуруди абразив AD, F = 36,02 ва p < 0,0001 ба даст омад; ҳамчунин таъсири мутақобилаи AD ва TE бо p = 0,0391 аз ҷиҳати оморӣ муҳим дониста шуд. Ин натиҷа нишон медиҳад, ки клапани омехтакунӣ бояд на танҳо аз рӯи арзишҳои оптималии андозаҳои алоҳида, балки бо назардошти рафтори якҷояи баъзе параметрҳои геометрӣ тарҳрезӣ шавад.

Дар санҷиши физикӣ, дар се озмоиши мустақил тағйироти массаи абразив дар 1 сония 13,5 g, 12,5 g ва 11 g чен карда шуданд; бо усули миқёскунӣ, ки дар манбаъ истифода шудааст, онҳо мутаносибан ба арзишҳои ME-и %37,91, %35,10 ва %30,89 табдил дода шуданд. Хатоҳои нисбӣ нисбат ба симулятсия %9,26, %1,99 ва %11,36 буда, миёнаи хатои мутлақи нисбӣ %7,54 буд. Гарчанде ки дар як санҷиш хато аз %10 зиёд шуд, арзиши миёна аз ҳадди санҷиши %10, ки дар манбаъ истифода шудааст, поён монд.

Аз нигоҳи Туркия: Ҷараёни обии абразивӣ технологияест, ки барои коркарди металл, истихроҷи маъдан, нақбсозӣ ва равандҳои махсуси буриш дар истеҳсолот ва саноати вазнини Туркия низ аҳамият дорад. Бо вуҷуди ин, ин таҳқиқот дар як иншооти саноатии AWJ дар Туркия анҷом дода нашудааст. Интиқоли мустақими геометрияи оптималии 4–12–10–7 mm ба фишорҳои дигари насос, андозаҳои дигари донаҳои гранат, абразивҳои дигар ё системаҳои истеҳсолкунандагони дигар аз ҷиҳати илмӣ дастгирӣ намешавад. Барои истифодаи воқеӣ дар Туркия, фишори корӣ, хусусияти абразив, маводи клапан, таҳаммулпазирии истеҳсолӣ ва рафтори эрозияи дарозмуддат бояд алоҳида санҷида шаванд.

Чаро клапани омехтакунӣ ин қадар муҳим аст?

Дар ҷараёни обии абразивӣ қисми муҳими энергияи буриш ва эрозия аз интиқоли импулс байни оби баландсуръат ва зарраҳои сахти абразивӣ ба вуҷуд меояд. Агар зарраҳо дар ҷараёни об ба таври кофӣ яксон паҳн нашаванд, дар минтақаҳои гуногуни ҷараён зичии абразив ва суръати зарраҳо метавонад фарқ кунад. Ин ҳолат метавонад ба устувории ҷараён ва тақсимоти энергия дар мавод таъсир расонад.

Дар системаи пешомехта абразив ва об, бар хилофи системаҳои классикии навъи инжексионӣ, дар марҳилаи барвақттар якҷо мешаванд. Аз ин рӯ геометрияи гулӯи камераи омехтакунӣ, мавқеи вуруди абразив ва вақти мондани зарра дар камера аҳамияти ҳалкунанда пайдо мекунад.

Расми 1 дар саҳифаи 4-и таҳқиқот меъмории системаро, ки аз насоси фишори баланд, зарфи об, зарфи абразив ва клапани омехтакунӣ иборат аст, нишон медиҳад. Расми 2 дар ҳамон саҳифа геометрияи сеченака ва роҳҳои дохилии ҷараёни клапани омехтакунии оптимизатсияшударо нишон медиҳад.

Модели CFD–DEM чӣ гуна сохта шудааст?

Фазаи об ҳамчун фазаи пайваста дар чаҳорчӯбаи Eulerian бо ANSYS Fluent 2023 R1 ҳал карда шуд, дар ҳоле ки зарраҳои гранат дар Rocky DEM 2023 R1 ба таври Lagrangian пайгирӣ шуданд. Байни ду нармафзор интиқоли дуҷонибаи импулс татбиқ гардид. Яъне, ҷараён ба зарраҳо таъсир мекунад ва мавҷудияти зарраҳо ва тағйироти импулси онҳо низ ба майдони ҷараён баргардонида мешавад.

Ҳаракати тарҷумонии як зарраи абразивӣ дар манбаъ чунин муайян шудааст:

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

Дар ин ҷо қувваҳои кашиш, бардории Saffman, градиенти фишор, массаи маҷозӣ, бардоштан/шиноварӣ ва қувваҳои тамос якҷоя ба ҳисоб гирифта мешаванд.

Ҳаракати гардишии зарра низ чунин модел шудааст:

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

Ҳамин тавр, на танҳо маркази зарра, балки ҳаракати кунҷӣ дар зери таъсири тамос ва ҷараён низ ба ҳалли DEM дохил карда шудааст.

Модели зарраи абразив ва тамос

Абразивҳо ҳамчун зарраҳои курашакли гранат бо диаметри 0,18 mm модел шудаанд.

Тамоси зарра-зарра ва зарра-девор бо модели Hertz–Mindlin ҳал карда шудааст.

Гарчанде ки донаҳои воқеии гранат метавонанд шакли номунтазам дошта бошанд, дар модел онҳо курашакл ва ношикан қабул шудаанд. Муҳаққиқон ин фарзияро бо он асоснок мекунанд, ки ҳадафи асосии таҳқиқоти ҷорӣ на шикастани зарра, балки интиқоли импулс ва яксонӣ дар омехташавӣ мебошад.

Турбулентнокӣ чӣ гуна модел шудааст?

Дар фазаи об модели турбулентнокии Standard k–ε ва равиши стандартии wall-function истифода шудааст. Манбаъ эътироф мекунад, ки моделҳое чун RNG k–ε ва SST k–ω метавонанд дар баъзе хусусиятҳои ҷараёни гардишӣ ё назди девор дақиқии баландтар диҳанд; аммо азбаски ҳадафи асосии кори ҷорӣ самаранокии умумии омехташавӣ аст, модели Standard k–ε аз нигоҳи арзиши ҳисоббарорӣ ва устуворӣ кофӣ дониста шудааст.

Ин интихоб яке аз маҳдудиятҳои таҳқиқот аст. Махсусан сохтори маҳаллии минтақаҳои каҷшавии шадид ва ресиркулятсия метавонад бо Standard k–ε ба андозаи моделҳои пешрафта муфассал ҳал нашавад.

Истиқлолияти mesh

Майдони ҳисоббарорӣ бо элементҳои тетраэдрӣ дискретизатсия шуд ва зичии шабака дар ҳудуди тақрибан 52.000, 75.000 ва 240.000 ҳуҷайра муқоиса гардид. Тақсимоти суръат дар тӯли хати муайян дар баромади қубури омехтакунӣ ҳамчун меъёри арзёбӣ истифода шуд.

Ҳангоми гузариш аз тақрибан 52.000 ба 75.000 ҳуҷайра фарқи назаррас мушоҳида шуд; ҳангоми зичкунии минбаъда аз тақрибан 75.000 то 240.000 ҳуҷайра тақсимоти суръат асосан тағйир наёфтааст. Аз ин рӯ, дар ҳисобҳои минбаъда mesh-и тақрибан 75.000 ҳуҷайра истифода шудааст.

Самаранокии омехташавӣ чӣ гуна муайян мешавад?

Дар манбаъ масоҳати буриши як зарраи абразивӣ:

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

масоҳати баромади камераи омехтакунӣ:

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

муайян шуда, mixing efficiency чунин ҳисоб шудааст:

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

ҳисоб шудааст.

Дар ин ҷо \(d_0\) диаметри зарра, \(d\) диаметри баромад ва \(N\) шумораи зарраҳое мебошад, ки аз буриши баромад мегузаранд. Аз ин рӯ, меъёри ME-и таҳқиқот аз самаранокии табдили энергия фарқ дорад; он як меъёри махсуси омехташавӣ барои ин таҳқиқот аст, ки тақсимоти абразивро дар буриши баромад тавассути таносуби масоҳат ифода мекунад.

Дар марҳилаи аввал кадом панҷ параметр скан шуданд?

Зарраҳо дар дохили камераи омехтакунӣ чӣ гуна ҳаракат мекунанд?

Расми 6 дар саҳифаи 9-и манбаъ яке аз тасвирҳои фаҳмонандаи модели CFD–DEM мебошад. Абри зарраҳо ва контурҳои суръат дар лаҳзаҳои 0,01 s, 0,062 s, 0,074 s, 0,12 s, 0,15 s ва 0,20 s якҷоя нишон дода шудаанд.

Дар 0,01 сония омехтаи абразив-об ба камера ворид шуданро оғоз мекунад. Тақрибан дар 0,062 сония, зери таъсири ҷараёни оби баландсуръат дар тарафи вуруди камера минтақаи фишори манфӣ ба вуҷуд меояд. Ин минтақа ва қувваи ҷозиба интиқоли абразивро ба минтақаи гулӯ осон мекунанд.

Тақрибан дар 0,074 сония дар гирди ҷараёни марказӣ сохтори равшани гирдобӣ ташаккул меёбад. Як қисми зарраҳо ба ядрои баландсуръат кашида шуда суръат мегиранд, қисми дигар дар минтақаи гирдобӣ ба таври турбулентӣ паҳн мешавад.

Дар 0,12 сония минтақаи гирдоб васеътар шуда, тақсимоти зарраҳо беҳтар мегардад; баъд аз 0,15 сония раванд аз ҷиҳати оморӣ ба ҳолати устувортар мегузарад.

Ин тасвир шарҳи асосии физикии таҳқиқотро дастгирӣ мекунад: механизми асосие, ки яксонии омехташавиро муайян мекунад, интиқоли импулс, entrainment ва паҳншавии ба гирдоб вобаста байни ядрои обии баландсуръат ва зарраҳои абразивӣ мебошад.

Натиҷаҳои як-омилӣ чӣ гуфтанд?

MR дар ҳудуди баррасишудаи %15–%30 ME-ро ба таври монотонӣ зиёд кард. Аммо азбаски абразиви бештар аз нигоҳи зарфият ва вақти корӣ хароҷоти амалӣ эҷод мекунад, муҳаққиқон барои марҳилаи минбаъда MR = %25-ро интихоб карданд.

Барои TD самаранокии омехташавӣ аз 3,5 mm то 4,5 mm афзуда, тақрибан дар 4,5 mm ба авҷ расид ва дар 5 mm коҳиш ёфт. Гулӯи хеле танг суръати ҷараёнро аз ҳад зиёд карда, вақти кофии мондан барои омехташавиро кам мекунад; гулӯи хеле васеъ бошад суръати ҷараёнро паст карда, нишасти зарраҳоро осон мекунад.

TL дар таҳлили як-омилӣ тақрибан дар 14 mm максимум нишон дод. Дар гулӯи кӯтоҳ масири шитобгирии зарра нокифоя мемонад, дар ҳоле ки гулӯи аз ҳад дароз бо сабаби соиши девор ва бархӯрдҳо талафи импулсро зиёд мекунад.

AD дар таҳлили як-омилӣ тақрибан дар 10 mm максимум нишон дод. Вуруди хурд таъминоти абразивро маҳдуд мекунад, дар ҳоле ки вуруди калон метавонад тағйирёбии фишор ва ҷамъшавии маҳаллии зарраҳоро зиёд кунад.

TE тақрибан дар 8 mm максимум нишон дод. Дар масофаи хеле кӯтоҳ зарраҳо фавран бо ҷараёни баландсуръат бархӯрд мекунанд, дар масофаи аз ҳад калон бошад хавфи нишасти вобаста ба ҷозиба ва паҳншавии нокифоя меафзояд.

Чаро таҳлили як-омилӣ кофӣ нест?

Тағйир додани як параметр дар ҳолати собит нигоҳ доштани дигарон нишон намедиҳад, ки параметрҳо чӣ гуна ба якдигар таъсир мекунанд. Масалан, мувофиқ будани диаметри вуруди абразив метавонад ба он ҳам вобаста бошад, ки абразив пеш аз он ки ҷараёни баландсуръат онро кашад, дар камера чӣ қадар масофа тай мекунад.

Аз ин рӯ, дар марҳилаи дуюми таҳқиқот MR дар %25 собит нигоҳ дошта шуда, танҳо чор омили геометрӣ ба RSM дохил карда шуданд.

Модели регрессияи RSM

Вақте ки TD = A, TL = B, AD = C ва TE = D рамзгузорӣ мешаванд, модели дараҷаи дуюми дар манбаъ додашуда чунин аст:

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

ба ҳамин шакл ифода шудааст.

Ин муодила танҳо сатҳи ҷавобест, ки дар ҳудуди TD, TL, AD ва TE-и таҳқиқшуда ба даст омадааст. Экстраполятсия хеле берун аз ин ҳудудҳо аз ҷониби манбаъ тасдиқ нашудааст.

Оё модел аз ҷиҳати оморӣ кофист?

Дар ANOVA модели умумӣ:

F = 6,01, p = 0,0009

бо аҳамияти оморӣ арзёбӣ шудааст.

Коэффисиенти муайянкунӣ:

\[ R^2=0.8573 \]

ва арзиши ислоҳшуда:

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

гузориш шудааст.

Барои санҷиши lack-of-fit:

p = 0,0567

ба даст омада, дар сатҳи %5 lack-of-fit-и аҳамиятнок вуҷуд надорад гуфта шудааст.

Кадом параметри геометрӣ пурқувваттар аст?

AD бо фарқи калон арзиши баландтарини F дорад. Ин натиҷа дар таҳқиқот аз ҷиҳати афзалият додан ба таҳаммулпазирии истеҳсолӣ низ шарҳ дода шудааст; гуфта мешавад, ки инҳироф дар диаметри қубури вуруди абразив метавонад нисбат ба дигар андозаҳо муҳимтар бошад.

Чаро таъсири мутақобилаи AD–TE муҳим аст?

Дар ANOVA ҳамаи таъсирҳои дугона муҳим нестанд. Аммо:

CD = AD × TE: F = 5,18, p = 0,0391

ба даст омадааст.

Манбаъ инро яке аз саҳмҳои муҳими таҳқиқот мешуморад. AD ба миқдор ва хусусияти тақсимоти абразиви воридшаванда ба камераи омехтакунӣ таъсир мекунад, дар ҳоле ки TE ба масофаи геометрие таъсир мекунад, ки зарра пеш аз кашида шудан аз ҷониби ҷараёни баландсуръат тай мекунад.

Вақте ки AD ва TE ҳамзамон баланданд, воридшавии зичи абразив бо масофаи дарозтари ҳаракати озод якҷо шуда метавонад; дар ин ҳолат нишасти вобаста ба ҷозиба зиёд шуда, яксонии омехташавиро вайрон мекунад. Аз ин рӯ, хулоса шудааст, ки ин ду геометрия бояд на мустақилона, балки ҳамоҳанг тарҳрезӣ шаванд.

Оё оптимум мустақиман 4–12–10–7 mm ёфт шуд?

Не. Дар модели сатҳи ҷавоб номзаде, ки хатои санҷиши пасттарин дошт, чунин буд:

муайян шуд.

Барои ин номзад пешгӯии RSM:

ME = %34,57

ва симулятсияи CFD–DEM:

ME = %34,40

дод. Дар Ҷадвали 9 хатои нисбӣ %0,49 гузориш шудааст.

Бо сабаби истеҳсолпазирӣ, пас аз гирд кардани геометрияҳо ба миллиметрҳои бутун симулятсияи иловагӣ гузаронда шуд ва манбаъ оптимумро чунин пешниҳод кард:

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

ба ҳамин тарз пешниҳод шудааст.

Муҳаққиқон қайд мекунанд, ки оптимум на як нуқтаи тези математикӣ, балки дар минтақаи самаранокии баланд ҷойгир аст, ки ME дар он нисбатан ҳамвор мемонад ва ин метавонад ба таҳаммулпазирии хурди истеҳсолӣ устувории муайян диҳад.

Усул ва Натиҷаҳо

Тарҳи таҳқиқоти як-омилӣ

Дар марҳилаи аввал ҳар як омил алоҳида тағйир дода шуда, тағйироти шумораи зарраҳо дар баромад бо гузашти вақт сабт шудааст. Расми 5 дар саҳифаи 8-и манбаъ каҷи шумораи зарраҳои баромадро вобаста ба вақт барои MR, TD, TL, AD ва TE нишон медиҳад.

Азбаски ҷараён пас аз тақрибан 0,15–0,20 s аз ҷиҳати оморӣ устувортар мешавад, барои арзёбии ME фосилаҳои 0,25–0,35 s, 0,30–0,40 s ва 0,35–0,45 s истифода шудаанд.

Расми 7 дар саҳифаи 10-и манбаъ каҷҳои ME-ро барои панҷ параметр нишон медиҳад. Ба истиснои MR, аксари параметрҳои геометрӣ дар атрофи як оптимуми муайян ба авҷ расида, баъдан коҳиш ёфтаанд. Ин рафтор нишон медиҳад, ки оптимизатсияи геометрӣ масъалаи оддии “калон кардани андоза” нест.

Дар тарҳи Box–Behnken чанд симулятсия анҷом дода шуд?

Дар матритсаи чор-омилӣ ва се-сатҳии Box–Behnken ҳамагӣ 29 нуқтаи тарҳ мавҷуд аст. Аз онҳо панҷто такрорҳои нуқтаи марказӣ мебошанд. Натиҷаҳои ME дар манбаъ тақрибан аз %33,23 то %34,55 тағйир ёфтаанд.

Наздик будани арзишҳои такрорҳои нуқтаи марказӣ ба якдигар кӯмак мекунад нишон дода шавад, ки тағйирёбии ададӣ дар модели CFD–DEM маҳдуд аст; худи таҳқиқот низ қайд мекунад, ки ҷараёни дуфаза ва бархӯрдҳои зарраҳо тағйирёбии табиии ададӣ ба вуҷуд меоранд.

Сатҳҳои ҷавоб чиро нишон медиҳанд?

Расми 9 дар саҳифаи 15-и манбаъ харитаҳои сеченакаи response-surface ва contour-ро барои шаш ҷуфти параметр нишон медиҳад:

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

Натиҷаи аз ҳама ҷолиб сатҳи AD–TE мебошад. Тағйир додани ин ду параметр якҷоя ба ME таъсири мутақобилае медиҳад, ки дар таҳлили як-омилӣ дида намешавад.

Симулятсияи дубораи панҷ номзади оптималӣ

Дар ҳамаи панҷ комбинатсияи санҷишӣ хато аз %5 кам монд. Комбинатсияи чорум хатои камтаринро дод ва дар якҷоягӣ бо арзёбии истеҳсолпазирӣ асоси тарҳи ниҳоиро ташкил дод.

Дастгоҳи таҷрибавии воқеӣ

Расми 11 дар саҳифаи 18-и манбаъ системаи физикии санҷиширо дар акс бо ҷузъҳои он нишон медиҳад. Система аз:

• системаи идоракунии CNC,
• платформаи буриш,
• генератори ҷараёни обии абразивии пешомехта,
• зарфи абразив,
• клапани омехтакунӣ,
• насоси фишори баланд,
• зарфи об,
• системаи танзими фишор,
• воҳиди ченкунии вазн,
• интерфейси компютер/маълумот

иборат аст.

Воҳиди ченкунии вазн тағйироти масса дар зарфи абразивро бо мурури вақт сабт кардааст. Дар се санҷиш талафи миёнаи масса дар як сония мутаносибан:

13,5 g, 12,5 g ва 11 g

ба даст омадааст.

ME-и таҷрибавӣ чӣ гуна ҳисоб шуд?

Ин нукта барои тафсири дурусти таҳқиқот муҳим аст. Дар симулятсияи оптималии CFD–DEM массаи абразиви мувофиқ ба як сония 12,25 g ва ME %34,40 ҳисоб шудааст.

Дар таҷриба ME тавассути масоҳати геометрии зарраҳо дар буриши баромад мустақиман чен нашудааст. Ба ҷои ин, байни массаи таҷрибавӣ ва массаи истинодии симулятсия таносуби мутаносиб сохта шудааст:

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

Дар натиҷаи ин миқёскунӣ, ки дар манбаъ дода шудааст:

Миёнаи хатои мутлақи нисбӣ:

%7,54

гузориш шудааст.

Манбаъ ин натиҷаро мувофиқи ҳадди миёнаи хатои %10, ки истифода кардааст, ҳамчун санҷиши умумии модел тафсир мекунад. Аммо хатои инфиродии Санҷиши 3 бо %11,36 аз %10 зиёд аст. Ҳамчунин бояд дар хотир дошт, ки ME-и таҷрибавӣ бо истифода аз муносибати масса–ME дар симулятсия ҳосил шудааст, бинобар ин санҷиш ченкунии мустақили мустақили тақсимоти зарраҳо дар буриши баромад нест.

Шарҳи физикии геометрияи оптималӣ

Мувофиқи манбаъ, диаметри 4 mm-и гулӯ ҷараёни марказии обро ба қадри кофӣ қавӣ нигоҳ медорад, то зарраҳоро самаранок кашад, дар айни замон масъалаи суръати аз ҳад зиёд ва вақти кӯтоҳи монданро маҳдуд мекунад.

Гулӯи нисбатан кӯтоҳи 12 mm барои шитобгирии зарра масофаи кофӣ медиҳад ва соиши девор ва талафи импулсеро, ки дар гулӯҳои дарозтар рух дода метавонад, кам мекунад.

Диаметри вуруди абразиви 10 mm таъминоти кофии зарраро таъмин карда, таъминоти аз ҳад зич ва тағйирёбии фишорро маҳдуд мекунад.

TE-и 7 mm мавқеи геометрии мувофиқеро фароҳам мекунад, ки абразив аз ҷониби ҷараёни баландсуръат ва майдони гирдобӣ гирифта шавад.

Ҷиҳатҳои қавии таҳқиқот

• Истифодаи интиқоли дуҷонибаи импулси CFD–DEM байни фазаҳои об ва абразив.
• Татбиқи RSM бо таъсирҳои мутақобилаи параметрҳо пас аз таҳлили як-омилӣ.
• Иҷрои тарҳи 29-нуқтаи Box–Behnken ва ANOVA.
• Арзёбии алоҳидаи арзиши lack-of-fit-и модел.
• Санҷиши дубораи панҷ тарҳ бо CFD–DEM аз байни 25 номзади desirability-и баланд.
• Симулятсияи дубораи геометрияи гирдкардашудаи барои истеҳсол мувофиқ.
• Ченкунии физикии массаи абразив дар дастгоҳи воқеии premix AWJ.
• Муайян кардани таъсири мутақобилаи AD–TE аз ҷиҳати оморӣ.

Маҳдудиятҳои асосӣ

Шакли зарра идеализатсия шудааст: Донаҳои гранат курашакл ва ношикан қабул шудаанд. Донаҳои воқеӣ номунтазаманд ва дар бархӯрдҳои баландэнергия метавонанд шикананд.

Эрозияи девор ба модел пайваст нест: Фарсуда шудани девори камераи омехтакунӣ бо мурури вақт аз ҷониби абразив ва тағйир ёфтани геометрия ҳал нашудааст.

Модели турбулентнокӣ маҳдуд аст: Standard k–ε барои омехташавии умумӣ истифода шудааст, аммо дар ҷузъиёти маҳаллии минтақаҳои каҷшавии шадид ва ресиркулятсия SST k–ω ё моделҳои пешрафта метавонанд натиҷаҳои дигар диҳанд.

Танҳо як навъ ва андозаи донаи абразив истифода шудааст: Натиҷаҳо барои гранати 0,18 mm ба даст омадаанд.

ME-и таҷрибавӣ ғайримустақим ҳисоб шудааст: Таҷрибаи физикӣ тақсимоти масоҳати зарраҳоро дар буриши баромад мустақиман чен накардааст; ченкунии массаи абразив нисбат ба истиноди симулятсия ба ME миқёскунӣ шудааст.

Устувории саноатии дарозмуддат санҷида нашудааст: Фарсудашавии клапан ва тағйири самаранокӣ дар натиҷаи кори доимӣ бо геометрияи оптималӣ дар таҳқиқоти ҷорӣ арзёбӣ нашудааст.

Натиҷае, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

Дар системаи ултрабаландфишори пешомехтаи AWJ, бо абразиви гранат ва дар ҳудудҳои геометрии баррасишуда нишон дода шудааст, ки TD, TL, AD ва TE ба самаранокии омехташавӣ якҷоя таъсир мекунанд ва CFD–DEM ва RSM метавонанд барои муайян кардани минтақаи оптималӣ якҷоя истифода шаванд.

Маълумоти манбаъ дастгирӣ мекунад, ки тарҳи пешниҳодшудаи 4 mm TD, 12 mm TL, 10 mm AD ва 7 mm TE дар ҳудуди таҳқиқшуда тақрибан %34,40 ME-и симулятсияшуда медиҳад ва бо пешгӯии RSM натиҷаи наздик дорад.

Натиҷае, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад

Ин геометрия барои ҳамаи системаҳои ҷараёни обии абразивӣ оптимуми универсалӣ нест. Нишон дода нашудааст, ки дар фишори дигари насос, навъи дигари абразив, шакл ва андозаи дигар дона, таносуби дигар омехта, маводи дигари клапан ё шароити эрозияи дарозмуддат ҳамин оптимум нигоҳ дошта мешавад.

Таҳқиқот ҳамчунин ба таври таҷрибавӣ нишон намедиҳад, ки %34,40 ME мустақиман суръати муайяни буриш, сифати рӯй ё суръати бартарафсозии маводро таъмин мекунад. Натиҷаи асосӣ меъёри ME-и махсуси таҳқиқот дар дохили камераи омехтакунӣ мебошад.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот: Multi-Objective Optimization of Structural Parameters of an Ultra-High-Pressure Premixed Abrasive Waterjet Mixing Valve

Муаллифон ва тартиб: Huaibei Xie; Qingliang Zi; Yan Wang.

Саҳми баробар/муаллифи якуми баробар: Дар манбаъ изҳороти муаллифи якуми баробар ё саҳми баробар нишон дода нашудааст.

Муаллифи масъул: Huaibei Xie.

Муассисаҳо: 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.

Маҷалла: Machines.

Ношир: MDPI, Basel, Switzerland.

Ҷилд / шумора / мақола: Machines 2026, Ҷилд 14, Шумора 6, Мақола 616.

DOI: 10.3390/machines14060616

Гирифтан / бозбинӣ / қабул / нашр: 23 Nisan 2026 / 23 Mayıs 2026 / 25 Mayıs 2026 / 28 Mayıs 2026.

Ёддошт оид ба версияи нашр: Дар манбаъ гуфта мешавад, ки мақола бо тағйироти хурд дубора нашр шуда, ин тағйирот ба муҳтавои илмӣ таъсир накардааст. Ин тавзеҳ дар версияи ҷории v3-и манбаъ ҷой дорад.

Навъи манбаъ ва баррасии ҳамтоён: Мақолаи таҳқиқотии баррасишуда; кори муҳандисиест, ки CFD–DEM, симулятсияи як-омилӣ, оптимизатсияи сатҳи ҷавоби Box–Behnken ва санҷиши физикии таҷрибавиро якҷо мекунад.

Пайванди расмии нашр:Саҳифаи расмии мақолаи MDPI

Пайванди DOI:https://doi.org/10.3390/machines14060616

Иҷозатнома: Creative Commons Attribution (CC BY).

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

Дастрасии маълумот: Муаллифон изҳор мекунанд, ки маълумоти дахлдори дастгиркунандаи натиҷаҳо дар дохили таҳқиқот мавҷуд аст.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор кардаанд, ки бархӯрди манфиатҳо вуҷуд надорад.

Саҳми муаллифон: Консептуализатсия Huaibei Xie ва Yan Wang; захираҳо, тавсифи усул ва нармафзор Huaibei Xie; таҳқиқот, танзими маълумот ва санҷиш Huaibei Xie ва Qingliang Zi; тарҳи аввал Huaibei Xie ва Qingliang Zi; бозбинӣ, таҳрир ва тафсири натиҷаҳо Huaibei Xie ва Yan Wang.

Доираи муҳтавои илмӣ: Арзишҳои геометрӣ, параметрҳои CFD–DEM, муодилаҳо, натиҷаҳои як-омилӣ, матритсаи Box–Behnken, арзишҳои ANOVA, параметрҳои оптималӣ ва натиҷаҳои санҷиши физикӣ дар ин матни Verianla ба таҳқиқоти баррасишуда асос ёфтаанд. Манбаи беруна танҳо барои санҷиши библиографии ҳувияти нашр истифода шудааст.

Ёддошт оид ба истилоҳоти унвон/усул: Унвони аслӣ ибораи “Multi-Objective Optimization”-ро истифода мебарад. Бо вуҷуди ин, дар марҳилаи RSM-и дар мақола тавсифшуда як тағйирёбандаи ҷавоб — ME — максималӣ карда мешавад ва чор омили мустақили геометрӣ оптимизатсия мешаванд. Ин матни Verianla унвони аслиро тағйир намедиҳад, аммо усулро гӯё дар манбаъ якчанд функсияи мустақили ҷавоб мавҷуд бошад, васеъ намекунад.

Ёддошт оид ба санҷиши таҷрибавӣ: Дар санҷишҳои физикӣ бузургии мустақиман ченшуда тағйироти массаи абразив мебошад. Арзишҳои таҷрибавии ME бо истифода аз массаи абразивии 12,25 g/s ва истиноди %34,40 ME дар симулятсия ба таври мутаносиб ҳосил шудаанд. Хатоҳои нисбии се санҷиш %9,26, %1,99 ва %11,36; миёнаи хатои мутлақи нисбӣ %7,54 мебошад.

Маҳдудиятҳои асосии методӣ: Зарраҳо курашакл ва ношикан модел шудаанд, эрозияи девор ҳал нашудааст, Standard k–ε истифода шудааст, танҳо як андозаи донаи гранат баррасӣ шудааст ва устувории саноатии дарозмуддат арзёбӣ нашудааст. Аз ин рӯ, умумисозии мустақими геометрияи оптималӣ ба дигар системаҳои AWJ дастгирӣ намешавад.