船舶表面高压水射流清洗实验与仿真

发布时间：2021-04-13 09:20

　　为优化高压水射流参数对水射流清洗效率的影响,选用Mixture两相流模型借助fluent软件对不同压力和靶距下水射流压力场与速度场进行计算,对水射流参数与清洗效率的对应关系进行仿真分析,并使用与仿真相同射流参数开展清洗实验进行验证。结果表明,射流动压与半径随压力、靶距变化明显,射流动压随靶距增加而减小;射流清洗半径随靶距增大而增大、随压力增大而减小且趋于一定值;清洗效率最高的射流参数:靶距70 mm时,最优清洗压力为60 MPa;入口压力为20 MPa时,水射流最优靶距应在30 mm。通过实验观察到不同靶距下清洗半径变化趋势与仿真结果高度吻合。 

【文章来源】：船海工程. 2020,49(04)北大核心

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

喷嘴结构及边界条件

在入口压力为20,40,60,80,100 MPa,靶距70 mm时,利用Fluent软件对喷嘴流场进行仿真分析。图2为不同压力下靶距70 mm射流半径变化规律。由图2可知,在靶距为70 mm的情况下,射流半径宽度从20 MPa压力下的4.8 mm降低到60 MPa压力下4.23 mm,降低了11.9%。射流半径宽度从60 MPa压力下4.23 mm降低到100 MPa压力下4.1 mm,仅降低了3.1%。由此可知,射流半径宽度随着入口压力的增大而逐渐减小,但减小的趋势在60 MPa以后逐渐平缓,趋于一定值。这是因为射流在相同靶距下较大的射流压力使得到达此靶面上的射流速度较大,射流不会轻易发散,射流半径宽度相对较小。因此,在一定的靶距下,射流压力越小清洗面积越大,但不应低于污染物与基体的结合力,综合考虑清洗效率变化,压力应选取60 MPa。图3为靶距70 mm下射流轴线上动压随射流入口压力变化规律。由图3可知,射流轴线动压随着入口压力的增大而逐渐变大,且变化趋势趋于一致。在70 mm靶距下,入口压力20 MPa增加到100 MPa,射流轴线动压由10.1 MPa增加到56.8 MPa,提高约5倍,其增长趋势与入口压力变化成正相关。可见射流动压与射流压力有密切关系,而与靶距大小关系不大。

图3为靶距70 mm下射流轴线上动压随射流入口压力变化规律。由图3可知,射流轴线动压随着入口压力的增大而逐渐变大,且变化趋势趋于一致。在70 mm靶距下,入口压力20 MPa增加到100 MPa,射流轴线动压由10.1 MPa增加到56.8 MPa,提高约5倍,其增长趋势与入口压力变化成正相关。可见射流动压与射流压力有密切关系,而与靶距大小关系不大。由图2、3可知,必须在选取清洗压力的同时考虑到清洗的面积,应该选取两者的最优搭配。对于清洗表面附着力不大的污染物,在保证射流动压足够的同时,为获得较大的清洗面积,射流优选压力应为60 MPa。相对于更小压力,其射流动压较大,清洗速度较快;相对于更高压力,其射流清洗面积变化相对提高了3倍,显著提高了清洗效率。

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
[1]超高压水射流自动爬壁除锈机理与成套设备技术[D]. 薛胜雄.浙江大学 2005



本文编号：3135036