铝材高压水射流

耦合场扩损区

考虑热流固耦合后，铝材冲蚀破坏机制呈现与纯压力场完全不同的特征，最佳射流角与损伤面积显著变化。

李木坤 · Xiao, Caiyun · Xue, Sun · Du, Yukun

Physics of Fluids 2025

参数信息

冲击温度

80 °C

70 °C 以上面积与 80 MPa 以上面积之比

10

最大拉应力提升倍数

1.5 ×

最大剪应力提升倍数

6 ×

损伤半径与喷嘴直径之比

4-6

最大拉应力最佳射流角

35 to 0 °

最大剪应力最佳射流角

25 to 0 °

技术优势

揭示温度场关键作用

黏性耗散使冲击温度达 80 °C，70 °C 以上区域面积是 80 MPa 以上压力区的十倍以上，说明温度场在冲蚀中起主导作用。

耦合场显著增应力

温度-压力耦合场下最大拉应力和剪应力分别为纯压力场的 1.5 倍和 6 倍，纯压力场下铝不破坏，而耦合场下产生拉伸和剪切破坏。

损伤半径扩大数倍

耦合场下损伤半径为喷嘴直径的 4–6 倍，远大于纯压力场的预期。

应用场景

• 水射流加工：用耦合场模型优化射流角度和喷距，提升切割和冲蚀效率。
• 表面强化：利用温度-压力耦合效应增强表面应力，实现更可控的强化处理。
• 冲蚀预测：耦合模型准确预测损伤半径和破坏模式，避免纯压力场低估损伤。