高压水射流清洗效果及损伤机理研究

发布时间：2020-03-18 04:58

【摘要】：高压水射流清洗技术作为清洗方式之一,具有高效、环保、可持续等优秀特点,已经逐渐成为最广泛的清洗方式。在很长时间国内清洗方式主要采用化学清洗方式对机械零件表面进行清洗,随着水射流技术的发展,我国很多机械零件的清洗逐渐摆脱化学清洗,水射流清洗技术也慢慢变成工业清洗的主流清洗方式之一。目前水射流清洗技术研究标准是去除表面污渍的面积效率即清洗效率,但是一味追求效率的同时,忽略了高压水射流对清洗基体表面的影响。基于此,本文针对高压水射流清洗技术对清洗基体表面的影响进行研究。以水射流理论为研究基础,根据已有的研究参数选择高压水射流清洗喷嘴的主要结构参数,建立高压水射流喷嘴清洗仿真模型,选择合适入口压力作为高压水射流清洗的冲击压力,进行水射流流体仿真,制作高压水射流喷嘴,确定冲击压力的取值,为后续的高压水射流清洗试验提供设备和理论基础。采用所设计的高压水射流喷嘴,控制高压水射流各项清洗参数,进行高压水射流清洗试验,将基体被清洗后的洁净面积与未洁净面积的面积比作为清洗效率的依据,利用图像处理技术提高对清洗表面的面积比的计算速度和准确度,通过不同参数试验的对比,分析高压水射流清洗各项清洗参数对清洗效率的影响,以此作为高压水射流清洗对基体影响研究提供合适的清洗参数。结果表明,进行高压水射流清洗时,入射靶距对清洗效率的影响占比最大,水平移速提高时对清洗效率的影响逐渐变大,入射角度的影响占比相对较小。基于高压水射流清洗的研究,在合适的参数下对基体目标表面进行清洗试验,对清洗的基体表面进行微观形貌分析,结果表明,靶距在一定范围内清洗效率高,低于该范围后基体会受到损伤而导致清洗效果不佳;表面清洗效果随着水平移速的增加逐渐变差。分析了造成损伤的可能原因,建立水射流清洗基体表面损伤简单模型和损伤预测模型,利用正交试验验证预测模型的准确性,为高压水射流清洗技术的进步提供帮助。
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高压水射流技术

高压水公路破碎机爬壁清洗机器人图 1-3 高压水射流技术的各种应用Figure1-3High water-jetting in different application2000 年，谢俊石[39]等通过有限体积法在 RNG 湍流模式下，采用四边非结构网格，模拟了不同流线型的流道喷嘴的内部流场，喷嘴的进口流道的对水流的内部流场分布影响较大，而喷嘴的收缩角的大小主要影响射流在出的流动，不同大小对流动具有不同的阻滞作用。2002 年，金晗辉[40]等利用格应力模型对矩形喷嘴近喷口处射流的流场采用了大涡模拟，研究了 Re 数，矩形的宽高比较小的情况下，射流近喷口处的脉动量，速度等特征量的分况，对比实验结果发现时间步进格式利用差分格式，控制方程的离散化利用体积法，此种情况下模拟结果和实验得出的结果一致性较好。2003 年，汪[41]等通过设计喷嘴的结构参数并进行了性能实验，得出了磨料出口速度与喷嘴直径和动力泵压力之间关系的经验公式。与推导的公式比，经验公式则符合实际，可用于喷嘴设计和加工状态调整的依据。实验还证明了现有的喷径的计算公式是可行的，而且混合腔直径和喉管距在一定的范围变化时其加态都是稳定的。2004 年，贾北华[42]等通过实验比较不同长宽比情况下的喷

外部结构,实物

图 3-2 外部结构实物图Figure3-2 Physical drawing of external structure清洗实验具体的设备参数以及进行试验的所需与出口直径 d0进行选择，因为喷嘴的入口直，故不在此详细分析最终确定值 D0为 8 mm，要选择一个参数进行使用即可。在设计喷嘴时仅需一个的参数大小。高压水射流喷嘴内部的收缩角加工和研究，本文适当的扩大对高压水射流喷喷嘴尺寸如表 3-1 所示模型及边界条件（Conditions of Nozundary）模型a）所示喷嘴结构为参考根据所需要研究的收缩择。本文利用 ICEM 软件进行水射流喷嘴的模水射流喷嘴参数进行分析和选择，，所建立网格模
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB490

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