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中厚板激光切割辅助气体流场分析

王新宇 叶筱

王新宇, 叶筱. 中厚板激光切割辅助气体流场分析[J]. 上海工程技术大学学报, 2025, 39(3): 300-306. doi: 10.12299/jsues.24-0129
引用本文: 王新宇, 叶筱. 中厚板激光切割辅助气体流场分析[J]. 上海工程技术大学学报, 2025, 39(3): 300-306. doi: 10.12299/jsues.24-0129
WANG Xinyu, YE Xiao. Analysis of auxiliary gas flow field for laser cutting of medium-thick plates[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2025, 39(3): 300-306. doi: 10.12299/jsues.24-0129
Citation: WANG Xinyu, YE Xiao. Analysis of auxiliary gas flow field for laser cutting of medium-thick plates[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2025, 39(3): 300-306. doi: 10.12299/jsues.24-0129

中厚板激光切割辅助气体流场分析

doi: 10.12299/jsues.24-0129
详细信息
    作者简介:

    王新宇(1998 − ),男,硕士生,研究方向为能源与动力工程。E-mail:m010120485@sues.edu.cn

    通讯作者:

    叶 筱(1990 − ),女,副教授,博士,研究方向为能源动力工程。E-mail:yexiao@sues.edu.cn

  • 中图分类号: TG485

Analysis of auxiliary gas flow field for laser cutting of medium-thick plates

  • 摘要: 基于切割区域的高斯热源方程、传热方程、雷诺平均N-S方程以及剪应力输运(shear stress transport, SST) k-ω湍流模型,建立中厚板激光切割辅助气体流场三维数学模型,并通过试验验证了仿真模型的正确性。基于所建立的模型对辅助气体流场进行研究,分析辅助气流压力、温度、速度、剪切应力的分布规律;研究喷嘴入口压力对辅助气体的流场动力性能的影响规律。结果表明,合理的喷嘴入口压力能提高辅助气体动力学特性与切割质量。
  • 图  1  高斯表面热源分布示意图

    Figure  1.  Schematic of heat source distribution on Gaussian surface

    图  2  纹影法示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of schlieren method

    图  3  试验设备图

    Figure  3.  Experimental equipment

    图  4  压力场密度梯度波动的数值模拟与试验结果比较

    Figure  4.  Comparison of density gradient fluctuations in pressure fields between numerical simulations and experimental results

    图  5  工件上表面温度分布

    Figure  5.  Temperature distribution on upper surface of workpiece

    图  6  对称面压力与速度分布云图

    Figure  6.  Symmetry plane pressure and velocity distribution cloud

    图  7  切割前沿轴线的压力和速度分布图

    Figure  7.  Pressure and velocity profiles along cutting front axis

    图  8  切割前沿的切应力分布

    Figure  8.  Shear stress distribution at cutting front

    图  9  不同喷嘴入口压力下对称面的速度云图

    Figure  9.  Velocity clouds in symmetry plane at different nozzle inlet pressures

    图  10  不同喷嘴入口压力下切割前沿轴线上的压力分布图

    Figure  10.  Pressure distribution along cutting front axis at different nozzle inlet pressures

    图  11  不同喷嘴入口压力下切割前沿轴线的速度分布图

    Figure  11.  Velocity distribution along cutting front axis at different nozzle inlet pressures

    图  12  不同喷嘴入口压力下切割前沿上的切应力分布图

    Figure  12.  Shear stress distribution along cutting front at different nozzle inlet pressures

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出版历程
  • 收稿日期:  2024-05-02
  • 网络出版日期:  2025-12-22
  • 刊出日期:  2025-09-30

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