淹没式高压水空化射流机理及空泡冲击波强化金属性能研究

发布时间：2023-03-04 18:17

　　高压水射流技术具备冲击力强、高效、清洁等优点,被广泛应用于船舶清洗、矿产开采以及金属切割等领域。当高压水射流处于淹没状态时,射流边界在强剪切作用下产生大量空泡,通过对流场中空泡的合理利用,可以在同等工作压力下使射流的冲击性能得到显著提高。采用空化射流对金属材料进行冲击,利用空泡在材料表面溃灭时的冲击波及微射流水锤作用,可使材料表层晶粒结构发生变化,提高表面硬度并形成残余压应力,从而达到提高材料表面性能的效果,但是如果对空化射流控制不当,强烈的空泡冲击则可能对金属表面产生汽蚀破坏。因此,研究淹没式高压水射流空化发生机理,掌握不同工况下射流的空化程度以及冲击波特性,对开发绿色、高效的金属表面强化工艺具有重要意义。本文在江苏省重点研发计划竞争项目“大容量高参数水力机械叶片空泡冲击波强化抗汽蚀磨蚀技术研发”(项目编号:BE2017126)的资助下,对淹没式空化水射流空泡形成机理及空泡冲击波强化金属效果进行了系统研究。本文的主要研究工作及所取得的创新成果有:(1)搭建了高压水空化射流可视化实验系统,基于高速摄影获取了不同空化数及喷嘴几何参数下空化射流的非定常演化特征,采用本征正交分解(POD)算...

【文章页数】：132 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
符号表
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 空泡动力学与空蚀机理研究现状
    1.3 高压水空化射流理论研究现状
        1.3.1 试验研究
        1.3.2 数值模拟研究
    1.4 高压水空化射流技术的应用
        1.4.1 高压水空化射流清洗
        1.4.2 高压水空化射流破岩
        1.4.3 高压水空化射流喷丸
    1.5 本文研究的主要内容
第二章 淹没式高压水空化射流试验研究
    2.1 高压水射流实验系统
    2.2 高速摄影实验与分析方法
        2.2.1 实验设备与步骤
        2.2.2 空泡云瞬时特性POD降维分析方法
    2.3 淹没式高压水空化射流高速摄影分析
        2.3.1 不同空化数下空泡发展规律
        2.3.2 喷嘴几何参数对空泡云的影响
    2.4 淹没射流的PIV测量
        2.4.1 PIV设备与实验方法
        2.4.2 PIV测试结果分析
    2.5 本章小结
第三章 淹没式高压水空化射流的数值模拟研究
    3.1 控制方程
        3.1.1 多相流模型
        3.1.2 空化模型
        3.1.3 湍流模型
    3.2 数值计算方法
        3.2.1 模型建立
        3.2.2 网格划分
        3.2.3 边界条件设置
    3.3 结果分析
        3.3.1 湍流模型对比
        3.3.2 模拟结果的验证
        3.3.3 淹没空化射流的数值计算分析
    3.4 本章小结
第四章 高压水射流喷嘴空化性能的影响因素研究
    4.1 角型喷嘴的正交试验
        4.1.1 数值模拟设置
        4.1.2 角型喷嘴正交试验方案
        4.1.3 角型喷嘴正交试验结果分析
    4.2 不同出口形状喷嘴的性能分析
    4.3 本章小结
第五章 近壁面空泡溃灭冲击金属作用机理研究
    5.1 空泡动力学理论
    5.2 空泡溃灭过程的数值模拟研究
        5.2.1 数值计算与实验方法
        5.2.2 无限域空泡溃灭特性研究
        5.2.3 近壁面空泡溃灭特性研究
    5.4 本章小结
第六章 空化射流冲击金属作用效果分析
    6.1纯铝空化射流汽蚀实验
        6.1.1 靶距对冲击效果的影响
        6.1.2 喷嘴出口形状对冲击效果的影响
        6.1.3 不同冲击时间下的作用效果
    6.2 空化射流强化Al6061 研究
    6.3 空化射流强化304 不锈钢研究
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 研究总结
    7.2 创新点
    7.3 工作展望
参考文献
致谢
作者在攻读博士学位期间取得的科研成果及参加的科研工作



本文编号：3754760