高压水射流清洗用扇形喷嘴的结构及磨损研究

摘要

高压水射流清洗与传统的人工清洗、机械式清洗、化学式清洗相比，具有不损伤被清洗的基体，无环境污染，清洗成本低，清洗效率高等众多的优点。喷嘴是水射流设备的重要元件，它的功能不仅是使水流由高压低速转化成为低压高速射流，而且保证射流具有优良的动力性能。 本文以高压水射流清洗用扇形喷嘴为研究对象，分析了高压水射流的基本特性及扇形喷嘴的结构特点；从研究喷嘴内部流场特点、射流特性、喷嘴的磨损入手，通过建立喷嘴内部流场的有限元模型，进行数值模拟，得到扇形喷嘴的结构参数对其内部射流流态、压力、射流速度等流场参数的影响规律；通过对扇形喷嘴的磨损机理分析和减磨措施的研究，提出了新型扇形喷嘴出口结构的设计形式，并提出了喷嘴材料选择，加工制造等方面的要求。此外，还对新型扇形喷嘴内部流场进行了数值模拟。 本文通过对几种结构参数的扇形喷嘴的实验分析，研究了扇形喷嘴的结构对喷嘴的流量、喷射角、射流打击力的影响，验证了仿真分析的结果。并通过对比试验，比较分析了两种出口结构的扇形喷嘴在相同工况下的磨损情况。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1论文研究的背景

1.1.1高压水射流清洗技术特点

1.1.2高压水射流清洗技术的应用现状

1.2国内外喷嘴研究现状

1.2.1射流喷嘴的发展及应用现状

1.2.2扇形喷嘴的发展及应用现状

1.2.3射流喷嘴的数值模拟和试验研究现状

1.3论文研究意义及内容

1.3.1论文研究的意义

1.3.2论文研究的内容

第二章高压水射流特性及扇形喷嘴的设计

2.1.水射流结构

2.2水射流的基本参数

2.2.1理论射流速度和流量

2.2.2喷嘴流量系数

2.2.3射流打击力

2.2.4射流截面压力分布

2.3扇形喷嘴的设计

2.3.1扇形喷嘴的结构

2.3.2扇形喷嘴的参数的确定

2.4本章小结

第三章扇形喷嘴内部流场的数值模拟

3.1喷嘴内部射流流动结构

3.2喷嘴内射流运动的数学模型

3.2.1层流运动方程

3.2.2湍流运动方程

3.2.3湍流运动模型

3.3喷嘴内部射流的有限元模型

3.3.1喷嘴内部射流的有限元模型

3.3.2数值模拟的边界条件

3.4数值模拟结果及分析

3.4.1喷嘴入口结构对喷嘴内部射流的影响

3.4.2喷嘴直径对内部射流的影响

3.4.3喷嘴出口V形切槽的夹角对内部射流的影响

3.5本章小结

第四章扇形喷嘴的磨损研究

4.1杂质粒子对喷嘴内壁的碰撞模型

4.1.1杂质粒子的运动方程

4.1.2喷嘴壁面的受力分析

4.2扇形喷嘴的磨损机理分析

4.2.1微切削磨损

4.2.2应力疲劳磨损

4.2.3脆性断裂磨损

4.3扇形喷嘴磨损的影响因素及减磨措施

4.3.1喷嘴的几何结构

4.3.2喷嘴的材料

4.3.3喷嘴的加工质量

4.3.4射流发生系统

4.4新旧扇形喷嘴的内部流场比较分析

4.4.1射流速度比较分析

4.4.2射流压力比较分析

4.5本章小结

第五章扇形喷嘴的射流特性及磨损试验研究

5.1试验装置

5.2扇形喷嘴的流量试验研究

5.2.1试验方法

5.2.2试验结果分析

5.2.3仿真结果与试验结果的比较分析

5.3扇形喷嘴的喷射角试验研究

5.3.1试验方法

5.3.2试验结果分析

5.4扇形喷嘴的射流打击力的试验研究

5.4.1试验方法

5.4.2试验结果分析

5.5扇形喷嘴的磨损试验研究

5.5.1试验方法

5.5.2试验结果分析

5.6本章小结

第六章全文总结

6.1本文主要工作及结论

6.2本文主要创新点及展望

参考文献

致 谢

攻读学位期间主要的研究成果