在切割、清洗等工程领域中,射流的性能与工作效率密切相关。射流具有扩散性,会导致流动距离变短,从而减小其对靶物材料的冲击力。目前,由于对喷嘴结构影响射流扩展的原因缺乏了解,目前水射流领域还缺乏理论方法,指导可产生小扩散角长喷射距离的喷嘴设计。因此,本研究的目的是针对不同收缩角和直柱段长度的喷嘴(如锥形喷嘴)的流动情况,利用二维轴对称模型进行数值研究,探索喷嘴结构对喷射流动的影响规律。利用FLUENT软件对射流流动进行了模拟。通过改变几何锥形喷嘴(即收缩角、出口段长度)进行喷射流动模拟分析,建立喷嘴出口流动与射流流动之间的关系,以了解喷嘴射流扩散的根本原因或条件。模拟针对的喷嘴参数变化包括扩散角、出口段长度及出口直径,改变入口压力来调整水力参数变化。扩散角范围:5°~60°,出口段长度变化:1~5倍喷嘴直径,喷嘴出口直径变化由2.4mm到3mm不等,入口压力调整范围:40~100MPa。模拟结果表明,当喷嘴收缩角从60°下降到7°时,喷嘴出口段的边界高度、湍流度也在减小,相应的射流扩张角减小,等速核长度增加。当圆柱段长度从5d减小1d,边界的高度,湍流强度在喷嘴出口截面也相应减小,扩散角下降,核心长度的增加,边界的高度是从0.19mm降低到0.12mm,湍流强度从26.46%减小到23.92%,扩散角范围从10.5°减小到8.6°和核心长度范围从21.90mm减低到19.20mm,相比5D~1D圆柱段长度,0.5d时,边界层高度更大和,湍流强度更高。最优喷嘴参数如下:收缩角为7°,圆柱段长度为3mm和喷嘴出口直径为3mm。此参数下,喷嘴具有最佳的出口截面流量,边界高度0.10mm、湍流强度为22.09%,扩散角为8°,射流核心长23mm。对喷嘴圆柱段的影响,仿真结果表明,含圆柱段喷嘴的最大出口速度高于不含圆柱部分喷嘴,例如含直柱段喷嘴入口收缩角为13°和30°,射流最大速度下降分别为0.07m?s,0.09m?s。喷嘴出口截面的最大湍流强度下降时的压力降减少,边界的高度(0.2mm)的压力降减少保持不变。当喷嘴压降降低,喷嘴外部湍流强度降低,边界的高度(0.2mm)保持不变。喷嘴在小压力降条件下,射流出口速度下降,在高压力降下,射流出口速度增大,例如100MPa和70MPa下对应的射流出口速度分别为4.79×102m/s,3.89×102m/s。