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空化水射流除锈
来源: 时间:2022-05-16 浏览:7205
空化水射流诞生于 20 世纪 60 年代。Plesset 等[29]通过对 Rayleighd 的空泡溃灭方程改进,总结得出了著名的 Rayleighd -Plesset 方程,促进了空化理论的发展,相继出现了群冲击波理论[30]、微射流理论[31]和泡溃灭理论[32]等。对于空化效应的解释还有很多,如边壁效应、电化学理论等,但至今尚无定论。由空蚀破坏现象[33],人们认识到空化效应所具有的巨大能量,于是开始将空化效应应用于除锈作业。

当射流压力低于射流的饱和蒸气压时,射流就会发生汽化,形成空化气泡。适当控制靶距,让空化气泡长大、压缩,当这些空化气泡随射流冲击物体表面时破裂,在局部区域产生冲击压力和应力[34],使被冲击物体表面破坏,即可达到清洗除锈的目的。


为了产生高效的空化水射流,许多学者开始研究产生空化的条件。1988 年,Song35]对水流中的空化现象进行了模拟,总结出空化发生的条件。后来人们发现喷嘴的结构形状与水射流空化的产生密不可分,于是国内外学者设计了各种各样的空化喷嘴,总体分为绕流型空化喷嘴、自激振荡式空化喷嘴和角形空化喷嘴。另外,在淹没条件下高压水射流极易形成空化射流。目前空化水射流主要应用于淹没环境,非淹没环境的应用尚处开发探索阶段。为营造淹没环境,提高水射流空化率,进而提高除锈效率,研发了人工淹没水射流技术。Conn 等[36]提出了人工淹没的设计方案,即采用伴随低压射流的方法,高速射流与低速射流形成剪切力诱发空化发生,空化效果十分明显( 见图 2) 。张明松等[37]设计了一种空化喷嘴,利用有限元分析软件和试验对所设计的空化喷嘴进行流体场分析,发现空化喷嘴比普通喷嘴的清洗能力大很多。康灿等[38]研究了非淹没式中心体空化喷嘴的结构对清洗效率的影响,发现中心体的相对直径越大,清洗效率越高。王萍辉等[39]等在理论分析自激振动空化喷嘴的基础上,设计了不同尺寸组合的风琴管空化喷嘴,通过对射流喷射时喷嘴及射靶振动信号的比较分析,发现了风琴管空化喷嘴的主要结构参数( 喷嘴直径、谐振腔长) 对喷嘴产生自激振动空化效果的影响规律,从而为自激振动空化喷嘴的优化提供了有效办法,提高了喷嘴的空化效率。


空化水射流应用于除锈方面的效果明显优于普通水射流[40]。廖振方等[41]利用空化射流清洗船舶与普通水射流相比较,其清洗效率和质量均表现十分优异,而且单位面积 的 功 率 损 耗 仅 为 喷 丸 的 1 /15。丁 宇等[18]等通过对比纯水高压水射流除锈与空化水射流除锈发现,在相同除锈质量下,空化水射流的工作压力要低于纯水高压水射流,且除锈速率比常规方法高,而成本要降低很多。李赵杰等[42]通过试验和数值模拟方法对空化水射流除锈技术进行了研究,将空化水射流与普通纯水射流的冲蚀效果进行了对比试验,通过改变空化参数( 靶距、压力、入射角等) 实现了最佳空化效果,试验结果表明空化水射流比普通纯水射流的除锈效果好。空化水射流作为一种新型水射流,目前大多应用于水下淹没环境,在大气环境中的除锈应用尚处于开发阶段,但随着人工淹没等技术的进一步发展,空化水射流除锈的应用将会越来越广泛。

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