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空化射流装置的研发

梁友芳  
【摘要】:空化射流技术是一种新型的射流技术,与传统水射流技术相比,它利用了空泡破裂产生的强大冲击力来增强射流的冲蚀效果,具有高效、环保、低耗的特点。为了将空化射流技术更好地应用于生产实践、提高工业生产效率,基于空化理论,利用Fluent模拟了空化过程并优化了喷嘴参数,设计搭建了一套完整的射流装置,并进行空化实验,验证了空化射流的高效性和实验装置的可行性。具体工作包括以下内容:(1)分析了喷嘴的空化特性,利用Fluent对喷嘴进行了改变喉部直径d、进出口压力p_1和p_2、出口直径D、出口长度H的数值模拟。模拟结果显示:d值影响了喉部射流的压降情况和高速维持段的长度;p_1和p_2共同影响了空化的起始能力;D比H对射流出口压力的影响更大。综合比较得到一组喷嘴参数比d:D:H=1:8:8,为喷嘴参数设计提供了尺寸依据。(2)设计并搭建了一套完整的空化射流装置。搭建过程包括:选型了电机、柱塞泵、测量仪器、阀门、高压软管等;设计加工了空化喷嘴、工作水箱、整体支架和冲蚀靶台,其中喷嘴采用了分段尺寸设计;安装并调试了整体装置。(3)进行了影响空化性能的各参数的空化实验,实验材料为5052Mg-Al合金。当d=1.2-2.0mm,喷嘴的流量系数随d增大先增大后减小。在p_1=8-10MPa,S=60-80mm下,空蚀效果最好。其中,随p_1增大,冲蚀率降低、冲蚀圆直径和空蚀强度先增大后减小;随S增大,冲蚀率增大、冲蚀圆直径和空蚀强度先增大后减小。最佳冲蚀时间t在不同压力下都不同,其中d=1.6mm,p_1=5-12MPa,最佳冲蚀时间段在75-105s之间。在射流的应用实验中,高压水射流得到一个直径很小的冲蚀斑,空化除漆和空化除锈实验都得到了同铝合金冲蚀相似的高效剥蚀区。


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