(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111480296.8 (22)申请日 2021.12.0 6 (71)申请人 济南邦德激光股份有限公司 地址 250100 山东省济南市高新区新 泺大 街1299号鑫盛大厦1号楼21A （经营场 所位于东区ICT智能装配 工业园） (72)发明人 杨绪广　马驰　胡长宏　张钦溟　 (74)专利代理 机构 济南舜源专利事务所有限公 司 37205 代理人 李舜江 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于CFD的喷嘴性能评估方法、 计算机 及可读存 储介质 (57)摘要 本发明提供一种基于CFD的喷嘴性能评估 方 法、 计算机及可读存储介质， 建立喷嘴在切割工 况下的待评估三维模型； 将待评估三维模型导入 CFD软件中， 生成流体域模型， 并进行网格划分； 将喷嘴内壁和切割割缝内壁进行边界层划分； 在 流体域模型中设置压力流量数据， 模拟计算出切 割工况下的流场分布情况； 从流场中抓取预设比 对参数， 与参考三维模型的相关参数进行比对， 判定待评估喷嘴的性能； 改变喷嘴结构。 评估方 法不仅提高开发效率， 节约开发成本， 还有助于 对喷嘴的优化和设计， 避免使用后切割效果不能 满足需求的情况。 本发明还可以根据模拟工况需 要， 将入口的边界条件的压力大小设置成多种情 况， 并进行综合对比不同切割工况下， 提升喷嘴 的性能。 权利要求书1页 说明书6页 附图2页 CN 114297790 A 2022.04.08 CN 114297790 A 1.一种基于 CFD的喷嘴性能评估方法， 其特 征在于， 方法包括： 步骤一、 建立喷 嘴在切割工况 下的待评估三维模型； 步骤二、 将待评估三维模型导入CFD软件中， 生成流体域模型， 并进行网格划分； 步骤三、 将喷 嘴内壁和 切割割缝内壁进行边界层划分； 步骤四、 在流体域模型中设置 压力流量数据， 模拟计算出切割工况 下的流场分布情况； 步骤五、 从流场中抓取预设比对参数， 与参考三维模型的相关参数进行比对， 判定待评 估喷嘴的性能； 步骤六、 改变喷嘴结构， 导入待评估三维模型， 重复执行步骤二至五， 判定不同结构形 式下的喷 嘴性能。 2.根据权利要求1所述的基于 CFD的喷嘴性能评估方法， 其特 征在于， 步骤一中建立的待评估三维模型 是基于激光切割时喷 嘴与钢板割缝之间的三维模型； 待评估三维模型参数包括： 配置与实 际切割工况下的等比例喷嘴， 喷嘴和钢板之间的 距离， 钢板的尺寸， 钢板割缝的宽度和深度以及割缝的倾 斜度。 3.根据权利要求1所述的基于 CFD的喷嘴性能评估方法， 其特 征在于， 步骤一在建立喷 嘴切割的三维图时， 建立喷 嘴内腔的流道封闭三维模型。 4.根据权利要求1所述的基于 CFD的喷嘴性能评估方法， 其特 征在于， 步骤三还包括： 对喷嘴内壁和切割割缝内壁进行边界层划分， 且切割割缝内壁的第一 层边界层高度小于8*10‑7米。 5.根据权利要求1所述的基于 CFD的喷嘴性能评估方法， 其特 征在于， 步骤三中， 待评估三维模型的喷嘴入口收敛段角度设置为60 °， 中间为平稳过渡段， 扩 散段的长度为 4.5mm， 扩散角为10 °。 6.根据权利要求1所述的基于 CFD的喷嘴性能评估方法， 其特 征在于， 步骤四还包括将CFD软件网格 的skness最大数值配置在0.85以下， 设置多个进口压力 流量边界， 且出口压力设置为0； 模拟算出多个进口的压力值， 并计算出割缝壁面的切应力， 进入割缝的气体流量， 喷嘴 出口气体的速度以及湍流强度随时间的变化 值。 7.根据权利要求1所述的基于 CFD的喷嘴性能评估方法， 其特 征在于， 从流场中抓取的预设比对参数包括： 割缝壁面的切应力， 割缝的气体流量， 喷嘴出口的 速度和湍流强度大小。 8.根据权利要求1所述的基于 CFD的喷嘴性能评估方法， 其特 征在于， 使用KW‑sst湍流模型作为封闭切割流体域的流场方程； 气体选择氮气或者氧气。 9.一种实现基于 CFD的喷嘴性能评估方法的计算机， 其特 征在于， 包括： 存储器， 用于存 储计算机程序及基于 CFD的喷嘴性能评估方法； 处理器， 用于执行所述计算机程序及基于CFD的喷嘴性能评估方法， 以实现如权利要求 1至8任意 一项所述基于 CFD的喷嘴性能评估方法的步骤。 10.一种具有基于CFD的喷嘴性能评估方法的可读存储介质， 其特征在于， 所述可读存 储介质上存储有计算机程序， 所述计算机程序被处理器执行以实现如权利要求 1至8任意一 项所述基于 CFD的喷嘴性能评估方法的步骤。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114297790 A 2一种基于CFD的喷嘴性能评估方 法、 计算机及 可读存储介质 技术领域 [0001]本发明涉及激光切割的喷嘴技术领域， 尤其涉及一种基于CFD的喷嘴性能评估方 法、 计算机及可读存 储介质。 背景技术 [0002]激光切割是使用激光光束将金属材料融化， 切割过程中的气体把熔融的金属和一 部分的热量从割 缝中排除。 喷嘴激光切割的重要部件， 喷嘴的主要作用是激光光束和气体 排出的通道。 喷 嘴结构性能影响着激光切割的质量， 保证良好的加工质量和效率。 [0003]现在激光切割行业， 各大激光切割机设备生产制造厂家绝大部分用的喷嘴为锥形 喷嘴和凹槽喷嘴， 现有的实际需求希望改变喷嘴结构， 优化出口气体流场， 进而来优化切割 效率。 [0004]目前在进行喷嘴设计时， 通常采用实验方法， 就是设计并计算出不同喷嘴结构， 并 制成样品在实际工况中进行试用， 判断是否满足实际生产需要。 采用这种 方式不仅设计效 率低， 开发周期长， 成本高， 而且有时还无法达 到工况要求， 无法实现预期的切割效果。 发明内容 [0005]本发明提供一种基于CFD的喷嘴性能评估方法， 通过CFD模拟计算得到 实际工况下 的喷嘴气体流场状况， 进 而开发出满足工况要求的喷 嘴， 提高开发效率， 节约开发成本 。 [0006]方法包括： [0007]步骤一、 建立喷 嘴在切割工况 下的待评估三维模型； [0008]步骤二、 将待评估三维模型导入CFD软件中， 生成流体域模型， 并进行网格划分； [0009]步骤三、 将喷 嘴内壁和 切割割缝内壁进行边界层划分； [0010]步骤四、 在流体域模型中设置压力流量数据， 模拟计算出切割工况下的流场分布 情况； [0011]步骤五、 从流场中抓取预设比对参数， 与参考三维模型的相关参数进行比对， 判定 待评估喷 嘴的性能； [0012]步骤六、 改变喷嘴结构， 导入待评估三维模型， 重复执行步骤二至五， 判定不 同结 构形式下的喷 嘴性能。 [0013]优选地， 步骤一中建立的待评估三维模型是基于激光切割时喷嘴与钢板割缝之间 的三维模型； [0014]待评估三维模型参数包括： 配置与实际切割工况下的等比例喷嘴， 喷嘴和钢板之 间的距离， 钢板的尺寸， 钢板割缝的宽度和深度以及割缝的倾 斜度。 [0015]优选地， 步骤一在建立喷 嘴切割的三维图时， 建立喷 嘴内腔的流道封闭三维模型。 [0016]优选地， 步骤三还包括： 对喷嘴内壁和切割割缝内壁进行边界层划分， 且切割割缝 内壁的第一层边界层高度小于8*10‑7米。 [0017]优选地， 步骤三中， 待评估三维模型的喷嘴入口收敛段角度设置为60 °， 中间为平说　明　书 1/6 页 3 CN 114297790 A 3