淹没磨料水射流与非淹没磨料水射流冲蚀破岩效果比对分析

磨料水射流的冲蚀能力主要依赖于磨料颗粒所获得的能量,对非淹没磨料水射流和淹没磨料水射流的冲蚀实验结果进行比对,从能量角度和磨料颗粒速度变化角度分析了造成非淹没磨料水射流和淹没磨料水射流的冲蚀效果差异的原因。     

磨料水射流侵彻钛合金材料的机理分析

从材料晶体变化的弹性阶段、塑性阶段及断裂阶段建立了应力应变的准则方程,利用有限元软件Autodyn模拟了磨料水射流侵彻钛合金的速度和塑性能量变化过程。结果表明,沿水射流作用方向(X方向)的速度在减小,沿磨料粒子扩散方向(Y方向)的速度在增加。磨料粒子和钛合金的塑性能量均呈上升状态,但钛合金材料的塑性能量变化呈直线上升,并趋于稳定,磨料粒子塑性能量呈曲线上升状态。     

磨料水射流切断面的温度特征试验研究

为了探究高压水射流技术的低温特性,获得高压水射流技术的温升规律,采用单因素的方法进行了一系列高压磨料水射流切割实验,研究了磨料水射流加工过程中的最高温度随靶距和喷嘴移动速度的变化及规律。实验过程中保持压力不变,只改变靶距和喷嘴移动速度,并使用热成像仪对实验过程中的温度进行实时监测。实验结果表明：磨料水射流在加工铝合金时,切断面最高温度会分别随着靶距和喷嘴移动速度增加而增加,并且当靶距和喷嘴移动速度超过一定值时,其最高温度保持在60℃左右。     

应用模糊理论预测磨料水射流切深模型的建立

以理论为基础,应用磨料水射流切割加工时的工艺参数:水射流压力、射流横移速度和磨料流量等实验数据,建立一个模糊控制模型。这个模糊控制模型可以预测在任何给定一组加工参数时,可获得的切割深度。给出磨料水射流切割铝合金实例。     

高压水射流对采煤机截煤性能的影响

为了探究水射流对煤壁的损伤规律,建立了水射流破煤有限元计算模型,应用软件Ansys/LS-DYNA对水射流破煤过程进行数值模拟,结果表明:煤壁冲击中心处受到的损伤最为严重,中心处周围煤壁损伤较小,说明水射流冲击波衰减较快;随着流速的增加,煤壁所受的应力随着水射流流速的增加而增大,但是冲击中心周围的损伤范围变化不大,说明增加流速对冲击波衰减的速度影响较小。为了探究水射流对采煤机截煤性能的影响,建立了采煤机滚筒在有、无水射流条件下截煤的有限元计算模型,对两种条件下的截煤过程进行数值模拟,结果表明:在有水射流的条件下,截齿受力减小,随着水射流流速的增加,截齿受力逐渐减小,当水射流流速为300 m/s时,水射流辅助截煤经济性最好。     

高压水射流清洗对基体去污效果及损伤的研究

利用高压水射流清洗技术对涂层及不同硬度工件进行冲击试验,利用白光干涉仪测定试验前后工件的涂层去除情况及表面粗糙度变化情况,并观察工件受冲击后表面产生的损伤微观形貌。结果表明,利用高压水射流清洗涂层时,选择具有涂层开放表面处入射可以快速使开放面扩张,涂层去除速度会呈直线增大;工件表面质量变化与初始表面质量无关,仅受水射流冲击环境影响;水射流冲击造成工件表面损伤,产生特殊形状孔洞,此种孔洞中部高度平缓,从中心沿径向向外逐步凹陷-突起-凹陷。     

摆振水射流破碎混凝土技术研究

破碎混凝土建筑以往通常采用机械破碎的方法,会生产较大的振动、噪声和粉尘污染。本文提出一种用摆振水射流破碎混凝土的方法,并进行了摆振水射流破碎混凝土的原理分析、摆振水射流系统结构设计、开展摆振水射流破碎混凝土的试验研究,研制出摆振水射流破碎混凝土设备,并计算其破碎的效率和比能。研究结果表明,摆振水射流冲击速度大,具有脉动性及间断加载的动载特性,可以显著增强对混凝土等脆性材料的破碎效果。并且应用本项技术研制开发的设备与国外同类设备的破碎效率水平相当,因此,该方法及设备具有很高的推广应用价值。     

磨料水射流切割机制研究进展

从单个磨料颗粒造成的冲蚀入手,综述了磨料水射流切割机制的研究进展,介绍了磨料射流切割过程中的微观切割模型、微观机制的扫描电镜分析结果,被切割材料的内部应力分析,水射流的水楔效应和跃迁速度以及材料切割的宏观分析结果.提出今后对磨料水射流切割机制的研究应从数值模拟研究、专家系统和模糊理论的应用、空化切割机制以及液相-颗粒薄层的阻尼效应等方面入手.     

高压磨料水射流切割效率与表面粗糙度的试验研究

磨料水射流切割技术应用的关键是正确选取工艺参数。因工艺参数较多且各参数与切割效率和表面粗糙度之间存在着复杂的非线性关系,给合理参数的选取带来困难。为探求主要工艺参数水压力、磨料流量、进给速度和靶距与切割效率及表面粗糙度的内在联系,对水射流切割铝合金和不锈钢进行了试验研究,研究结果为水射流切割工艺参数的选取提供一定参考依据。     

水射流新型应用技术与装备的研究

挖掘水射流技术应用领域和开发高端水射流装备一直是国内外水射流技术发展的目标。在分析水射流应用及装备研制共性技术基础上,对我国的磨料水射流钢管冷态除鳞(锈)、水射流路桥建筑破拆及航空复合材料水切割等3种不同压力等级的水射流应用新技术,分析了各自领域内传统工艺的不足和水射流新技术的机理,介绍了水射流装备的研制及工程应用的情况,为进一步推广新工艺提供借鉴参考。     

高压水磨料射流切割的力学特性与模型

通过理论分析与实验测定，分析和建立了高压水磨料射流切割的力学特性与模型；得到水射流的流量系数为０．７５，磨料射流的平均流速系数为０．９５；认为水射流主要通过水介质的滞止动压进行切割，磨料射流主要通过磨粒的冲击动压进行切割；给出了射流切断面积速度与材料破坏能量的关系曲线。     

自振射流频率特性的试验研究

淹没条件下自振射流的频率特性决定着射流的打击效果,而获取射流的压力脉动信号对研究自振射流频率特性至关重要。射流的压力信号通常借助于冲蚀试验和标靶打击试验来间接获得,这里采用喷嘴腔内压力信号提取方法对自振射流频率特性进行试验研究。通过比对分析证明,直接采集腔内压力信号可以有效获取自振射流的频谱特征。与标靶打击试验相比,该方法受随机扰动少,频谱清晰,更有利于自振射流特征频率的提取。在此基础上,通过频谱分析得到自振射流的共振频率,并研究来流参数对自振射流频率特性的影响。试验结果显示,自振射流的共振频率并非是对来流扰动频率的直接放大,且受来流扰动的影响很小。来流速度对自振射流共振频率的影响较大,随着来流速度的增加,自振射流的共振频率及其对应的幅值均显著增加。这表明适当加大来流速度可以有效地改善自振射流的振荡特性。     

纯水射流冲击性能的CFD建模与仿真分析

分析了超高压纯水射流剥离冲击机理,提出了一种超高压纯水射流冲击的流体模拟方法,建立了纯水射流冲击的数学模型,模拟了纯水射流冲击速度场.试验与仿真对比表明:仿真模型可靠.射流压力仿真分析表明:射流冲击产生一个能量大且集中的速度核,具有较大的冲击能力,射流压力对射流冲击性能影响较大.     

结合水下注气系统的高压水射流清洗技术的研究

为了有效扩大水下高压水射流清洗喷嘴的有效靶距,提出了一种结合水下注气系统的高压水射流清洗技术;设计了一套结合水下注气系统的高压水射流水下模拟实验装置,该装置通过水面高度控制和压力控制有效抑制了大流量水射流实验工况下的内部压力波动;计算并分析了在水深为10m的水下清洗过程中,喷嘴外环流内的气液比对射流流场的影响。分析结果表明,增大喷嘴外环流中的气液比,可以有效地增大射流的喷射速度,研究结果为水下清洗实际作业提供了理论依据。     

高压水射流切割粘釜物的实验分析

为研究不同高压射流参数作用下粘釜物的切割清除效果,开展了粘釜物的高压水射流切割清除实验研究。实验以切割深度及切割宽度为衡量目标,研究了入射角、靶距、横移速度和出口压力4个射流参数对切割清除效果的影响,通过正交实验实现了射流参数的优化。结果表明:切割深度和宽度均随出口压力增加而增大,随横移速度增加而减小;而靶距接近初始段长度,入射角度为30°时切割深度及宽度达到最大值;正交实验表明,射流参数对切割深度的影响效果顺序依次为横移速度、入射角、出口压力、靶距;当前工况的最佳射流参数组合为:横移速度7.5 mm/s,入射角30°,出口压力值120 MPa,靶距15 mm。研究结果为工业现场清釜作业提供了实验依据及技术支持。     

膨胀土水射流清洗机理的实验及建模研究

由于水射流清洗技术具有廉价高效、操作简单的特点而被业界广泛使用。为了研究水射流对土方机械粘附土壤的清洗行为,分析了基于清洁前沿的清洗速率与动量流量之间的线性关系,推导了射流垂直、射流移动和射流倾斜三种方式的清洗模型,研究了射流压力、射流移动速度和射流倾角对膨胀土清洗行为的影响。在此基础上,引入了膨胀土的固有阻尼常数,并修正了清洗速率公式。膨胀土的三种射流冲洗方式的实验结果与理论计算结果相一致,验证了模型的正确性。     

基于CFD的喷嘴结构对高压水射流反推特性的影响

喷嘴作为无人机新型射流反推弹射的重要元件,其结构参数对无人机弹射动态特性具有重要影响。以圆柱形、圆锥形和余弦形结构的喷嘴为研究对象,基于CFD建立不同结构喷嘴射流流动的数学模型,采用VOF多相流模型和k-ε湍流模型等对不同结构喷嘴射流流态进行数值模拟,获得不同结构喷嘴内外壁面的压力场、速度场分布,对比分析喷嘴结构特征和几何参数对高压水射流反推特性的影响规律。结果表明:相比圆柱形喷嘴,圆锥和余弦形喷嘴射流反推特性更好;当喷嘴入口压力由15 MPa增至30 MPa时,射流速度增幅有下降趋势,当入口压力为25 MPa时,余弦形喷嘴相比圆锥形喷嘴的射流反推力要高18.1%;喷嘴出口内径增大对射流速度影响不大,但会显著增加射流反推力,与圆锥形喷嘴相比,同直径的余弦形喷嘴的射流反推力要高约7.9%。     

空化射流效应的实验研究

在对空化射流实验研究的基础上，研究了提高射流冲蚀性能的基本参数。分析这些参数得出如下结论：最佳冲蚀效果的有效靶距直径比为6，最佳冲蚀时间为3min；空化射流深度冲蚀能力平均为普通射流深度冲蚀能力的2倍，空化射流切缝直径是普通射流切缝直径的2．3倍；空化射流有利于深孔与大孔的切割，但随着围压的增大，冲蚀能力减弱。     

碳纤维增强复合材料水导激光切割试验研究

采用正交试验方法对影响水导激光切割碳纤维增强复合材料（CFRP）的关键工艺参数进行了深入研究,得出了进给速度、水射流速度、脉冲频率和激光功率对切割CFRP的影响规律,并用直接对比法和极差分析法所得最优参数进行单次划槽切割对比。研究结果表明：在极差分析法所得最优参数下切割CFRP时,切缝深度增大3.2%、切缝宽度减小9.2%、切缝锥度减小11.8%、线粗糙度减小40.2%。通过与干式激光加工方法对比发现,水导激光加工技术在切割CFRP方面优势明显,由于水射流的冲刷和冷却作用,材料切割表面几乎无热影响区和纤维拔出。另外,采用正交试验所得最优工艺参数实现了4 mm厚度CFRP的无锥度切割。     

密封技术在水射流中的应用

简介了目前各个压力下水射流系统所使用的密封材料与型式，重点介绍了水射流系统中几种典型的密封型式和密封机理，最后指出了在水射流设备中密封技术的发展方向。