纯高压水射流除锈喷嘴的数值模拟及优化试验研究

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喷嘴结构对高压水射流影响及结构参数优化设计

喷嘴结构对高压水射流影响及结构参数优化设计1韩启龙，马洋(第二炮兵工程大学动力工程系，陕西西安 710025)摘要：喷嘴是产生高压水射流的关键部件，其结构形式对射流动力学性能有很大影响。

以圆柱形喷嘴为对象，进行喷嘴结构对高压水射流的影响分析及结构参数优化设计。

采用两相流计算流体力学模型进行喷嘴内外的射流流场分析。

为节省计算资源，在优化设计时引入Kriging 代理模型替代计算流体力学模型。

分别采用改进的非劣分类遗传算法（Nondominated Sorting Genetic Algorithm, NSGA-II ）和基于分解的多目标进化算法（MultiObjective Evolutionary Algorithms based on Decomposition, MOEA/D ）进行单目标和多目标优化设计。

研究结果表明：直线型喷嘴总体性能较优，凹型喷嘴次之，凸型喷嘴性能最差。

以直线型喷嘴为设计对象，以射流初始段长度和流量为目标，得到了单目标和多目标优化设计结果，单目标优化时，两个指标较基准外形分别提高14.71%和27.56%。

多目标优化时，优化得到的半锥角处于[15.4 , 89.8 ]区间上。

基于代理模型和进化算法的全局优化方法在进行喷嘴的优化设计时是有效的。

关键词：高压水射流；喷嘴；全局优化；两相流；代理模型；MOEA/D 中图分类号：V411 文献标志码：A 文章编号：Influence of nozzle structure on high pressure water jet andoptimization design of nozzle structure parameterHAN Qilong, MA Yang(Second Artillery Engine ering University, Xi’an 710025, China ）Abstract : Nozzle is the crucial component used to generate high pressure water jet, and its structure form has large influence on dynamic performance of high pressure water jet, so the influence of nozzle structure on high pressure water jet is analyzed, and the optimization design of nozzle structure parameter is implemented in this paper. Two phase flow computational fluid dynamics model is employed to analyze flow field. The Kriging surrogate model is used to replace the computational fluid dynamics model in the process of optimization design for reducing the computational resources. The Nondominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II) and MultiObjective Evolutionary Algorithms based on Decomposition (MOEA/D) are respectively employed to carry out single and multi objective optimization design. The research results were summarized as follows. First, the general capability of line-form nozzle was the best, then the concavity-form nozzle, and the protruding-form nozzle has the worst capability. Second, the single and multi objective optimization design of line-form nozzle was implemented, in which core zone length and mass flux of water jet were taken as optimization objectives. Compared to the baseline, the two indexes increased by 14.71% and 27.56% respectively after the single objective optimization. The optimal semi-cone angle after multi objective optimization located on [15.4 , 89.8 ]. Third, the global optimization algorithm based on surrogate model and evolutionary algorithm was proved to be effective. Key words: high pressure water jet ；nozzle ；global optimization ；two phase flow ；surrogate model ；MOEA/D1收稿日期：2015-11-20基金项目：国家自然科学基金青年科学基金项目（E031303）第二炮兵工程大学科研基金青年项目（2015QNJJ034）作者简介：韩启龙（1979－），男，甘肃宁县人，硕士，副教授，E-mail ：longfeng.061106@马洋（通讯作者），男，湖南澧县人，博士，讲师，E-mail ：mldy0612@由于具有清洗质量好、清洗速度快、绿色环保、安全性能高等优点[1]，高压水射流在固体发动机推进剂的清洗和切割中具有很好的应用前景[2,3]。

水射流爬壁除锈实验平台的设计与试验

应用领域，水射流除锈以无污染、效率高的特点，大有替代传统干式除锈的趋势 ¨ Ｊ。。
针对船舶等大面积竖立钢结构的表面除锈，爬壁除锈应用已成为了研究热点Ｊ３。爬壁除锈的关键技术在于：
时，液体的压力能转变成速度能，形成具有相当打击力的水射流，射流以一定的角度在钢结构表水
（合肥通用机械研究院，安徽合肥摘２０８）３０８
雷
要：爬壁除锈是水射流除锈的重要应用之一。本文研制了以超高压泵机组、真空回收系统为主的水射流爬壁除锈
实验平台，并研制了以磁隙吸附为主、气动驱动的磁隙式爬壁除锈机器人，除锈试验表明实验平台除锈参数合理，爬壁机器人除锈效果良好，该实验平台对水射流爬壁除锈成套设备的推广具有参考意义。
ｉａｉａｌｏｓｔｆｕｒｉｈｐｅｓｒｕｎａｕｍｕｔｎｓｓｍ．Ａｍａｎｔａｄｅｉｎｔｐｄａｄｐｅｍａｉｓｂｓｃｙｃｎｉｓｏｈａｈｇｒｓｕｅｐｍｐａｄｖｃｕｓｃｉｙｔｌｓｏｅｇｅｉｇｐａｈｓｏｙｅｎｎｕｔｃｃｃａｌｒｉａｓｅｉｎｄｉｈｓｐａｆｒ．Ｔｅｒｓｅｖｅｔｓｏｈｔｔｅｐｒｍｅｅｓｏｌｔｒｒｅｓｎｂｅａｄｒｍｏａｒｗｅｓｌｏｄｓｅｎｔｉｌｔｍｇｏｈｔｍｏａｔｓｓｈｗｔａｈａａｔｒｆｐａｆｍａｅｒａｏａｌｎｅｖｕｒｌｏｌｅｅｔｒｏｄｔｐｏｉｅｅｅｅｃｏｅｅｏｍｅｔｏａｌｒｓｅｖｌｏｌｔｅｕｐｎ．ｆｃｓａｅｇｏ．ＩｒｖｄｓａｒｆｒｎｅｆｒｄｖｌｐｎｆｗｔｍｏａｍｐｅｅｑｉｍｅｔｌｕｒｃＫｅｒｓｗｌｒｓｅｖ；ｅｐｒｍｅｔｌｐａｏ；ｃａｌｒｕｓｒｍｏａｔｓｙｗｏｄ：ａｌｔｍｏａｕｒｌｘｅｉｎａｌｔｒｆｍｒｗｅ；ｒｔｅｖｅｔｌ

高压水射流喷嘴的设计及其结构优化

高压水射流喷嘴的设计及其结构优化作者：鲍先启来源：《科学导报·学术》2018年第06期摘要：针对于水射流切割系统而言，关键的设备之一就是喷嘴，严重影响射流内部流场和水射流动力学性能。

通过分析和研究传统直线类型喷嘴，改进喷嘴流道结构，将既具有过渡段和平直段又具有收缩段的流线型喷嘴设计出来。

关键词：高压；水射流喷嘴；设计；结构【中图分类号】 TE248 【文献标识码】 A 【文章编号】 2236-1879（2018）06-0140-02前言：无论对射流流场分布，还是水射流力学性，喷嘴都具有至关重要的影响。

喷嘴结构好能够将水射流加工的精度和效率有效地提升。

喷嘴内部水射流运动的速度也非常快，因此，严重磨损喷嘴的结构[1]。

怎样设计出既能够满足加工效率和精率又耐用的喷嘴结构，是当前国内外学者研究和分析的重要课题。

一、设计高压水射流喷嘴（一）水射流结构和机理1.水射流的结构。

射流就是流体通过小孔或者狭缝流动的一种现象。

水射流结构图见图1所示。

图1中分为初始段、基本段、转折段以及消散段四个段。

射流初始段，射流离开喷嘴，虽然就会由于与环境介质能量的转换，而有扩散和紊动剧烈地发生，但是，射流速度并没有改变，而且射流轴线方向上的动压力值和密度，都是保持不改变的。

基本段，射流轴向速度值和动压力值都在渐渐地且有规律地减小，在与轴线断面上垂直时，无论是射流的轴向速度值，还是动压力值，分布都是呈高斯曲线。

转折段，由于射流方向和大小都会有一个突变，所以称此段为“转折段”。

消散段，也是射流最后的一段，射流与射出环境介质在该段中已经完全融合，射流轴向速度和动力值这时都非常小。

结合不同需求来利用不同段的射流，致使射流的最大能量转换率和使用率能够有效地实现[2]。

2.水射流的机理。

水射流就是通过一系统或者一个小孔，将一定静压水喷射成水流且形成细小流线束，致使这种细小流线束既具有较高动压，又具有较高流速。

根据不同标准，水射流分类也不同。

临界流文丘里喷嘴数值模拟及优化设计

临界流文丘里喷嘴数值模拟及优化设计临界流文丘里喷嘴是一种常见的流体控制装置，广泛应用于工业生产和科研领域。

在喷嘴设计和优化过程中，数值模拟是一种有效的工具，可以帮助工程师们快速地理解和优化喷嘴的性能。

本文将详细介绍临界流文丘里喷嘴的数值模拟及优化设计过程，并通过案例分析展示其实际应用价值。

一、临界流文丘里喷嘴数值模拟原理临界流文丘里喷嘴是一种能够将压力能转化为动能的装置，其工作原理是通过喷嘴的收缩部分将流体加速至超声速，从而产生高速的气流。

在数值模拟中，常用的方法是通过计算流体动力学（CFD）模拟喷嘴内部的流场，以获得喷嘴的流动特性和性能参数。

在模拟中，需要考虑喷嘴的几何结构、流体密度、温度、速度等参数，以确保模拟结果的准确性。

二、临界流文丘里喷嘴数值模拟优化设计方法1. 建立模型：首先需要根据实际喷嘴的几何结构建立数值模拟模型，包括喷嘴的入口、出口、收缩段和扩散段等部分。

2. 设定边界条件：根据实际工况设定模拟的边界条件，包括流体的入口速度、出口压力、喷嘴表面的壁面条件等。

3. 求解流场：利用CFD软件对模型进行流场的数值求解，得到喷嘴内部的流速、压力、温度等参数分布。

4. 分析与优化：根据数值模拟结果，分析喷嘴的流场特性和性能参数，通过调整喷嘴的几何结构或流体参数进行优化设计，以提高喷嘴的效率和可靠性。

三、临界流文丘里喷嘴数值模拟优化设计案例分析以某工业设备中的临界流文丘里喷嘴为例，进行数值模拟优化设计分析。

该喷嘴的工作流体为高温高压气体，需要在限定的空间中提供足够的动能以满足工艺需求。

通过以上案例分析可见，临界流文丘里喷嘴的数值模拟优化设计在工程实践中具有重要的应用价值，可以帮助工程师们快速地理解喷嘴的流动特性和性能参数，并提出有效的优化方案。

在实际工程中，数值模拟可以大大缩短设计周期，降低试验成本，提高产品设计的准确性和可靠性，对于提高工程设计的效率和质量具有重要意义。

高压水射流喷砂除锈

2.2、高压水射流除锈类
（1）纯高压水射流除锈纯高压水射流除锈的机理是将普通自来水通过高压泵加压到数百乃至数千大气压力，然后通过特殊的喷嘴，以极高的速度（200~500m/s）喷出一股能量高度集中的水流，这一股一股的小水流如同小子弹一样具有巨大的打击能量，它能够进行钢板切割、铸件清砂、金属除锈，除去表面的盐、碱、垢等物。
（2）磨料射流除锈
磨料射流除锈的机理是在高压水加入磨料后，除锈能力大约可提高7~10 倍，所以只需 30~50MPa 即可达到除锈目的，结合磨料和高压水流进行除锈即为高压水磨料射流除锈。除锈后，细磨料与物面碰撞为粉末，便于随水流排放而不堆积。喷头生水楔，楔入微隙，扩展锈层裂纹。由于这种正向打击和切向楔击的作用,加之水射流的连续性和集束性,达到了传统方法难以实现的除锈质量。
二、高压水射流技术清洗的主要 பைடு நூலகம்用原理
在物理清洗技术中高压水射流清洗技术作为一种新型的清洗技术，能够按照工件的具体构造情况采取最有效的射流方法，通过高压水产生的巨大能量进行冲击，持续稳定的对工件进行冲击清洗，以达到清除污垢的目的。
高压水射流技术主要按照下述原理完成设备清洗工作：当高压水射流冲洗到工件的表面时，由于水流本身速度的大小以及方向都会出现一定程度的变化，因此动量的大小也会随之改变，这主要是由于射流和工件之间产生的相互作用造成的，通过把一部分的动量转换成作用力传递到工件的表面上，在水射流对工件表面进行连续稳定的冲击时，就可以产生冲击力，以此来除去过去采用化学方法无法有效清除的顽固污垢，例如锈层、油渍、橡胶、混凝土涂层、水垢、微生物污染物以及石膏等物质。
三、干法喷砂除锈与高压清洗机除锈的特点比较
目前大多数企业采用的除锈方式均为干法喷砂除锈，干法喷砂除锈是以机械离心力或压缩空气等为动力，将磨料通过专用喷嘴，以很高的速度喷射到工件的表面上，凭借冲击力及摩擦力去除污物和锈层，处理质量还是比较好的。虽然干法喷砂除锈方法成本低廉，但是在工作中产生的粉尘大，污染环境不说，还严重的危害了操作人员的身体健康，并且干法喷砂除锈在工作中有时会产生火花，无法在易燃易爆场所中应用。

基于CFD的高压水射流喷嘴流场仿真分析

基于CFD的高压水射流喷嘴流场仿真分析
董宗正;付必伟;郭灿;席燕卿
【期刊名称】《石油和化工设备》
【年(卷),期】2016(019)007
【摘要】目前高压水清洗技术在油管清洗领域占据了非常重要的位置，喷嘴作为高压水射流清洗系统的核心元件，其结构直接决定了射流清洗效果，因此选择和设计合理的喷嘴结构是非常重要的。

基于计算流体动力学，建立三种常用喷嘴射流计算模型，以射流核心速度的衰减快慢、射流清洗的有效宽度、射流基本段长度作为喷嘴结构优劣的评价指标，通过计算分析得到：锥直型喷嘴最适宜作为高压水射流清洗喷嘴。

【总页数】4页(P20-23)
【作者】董宗正;付必伟;郭灿;席燕卿
【作者单位】西南石油大学机电工程学院，四川成都 610500;西南石油大学机电工程学院，四川成都 610500;西南石油大学机电工程学院，四川成都 610500;中国石油吐哈油田公司鲁克沁采油厂，新疆鄯善 838200
【正文语种】中文
【相关文献】
1.高压水射流清洗设备异形喷嘴内部流场的性能研究
2.圆锥长直管段喷嘴外流场的CFD仿真分析
3.基于FLUENT的高压水射流喷嘴的流场仿真
4.高压水射流消除残余应力的喷嘴流场分析
5.基于CFD的喷嘴结构对高压水射流反推特性的影响
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管道清理：高压水射流清洗技术

文章来源于银浩建设工程高压水射流清洗是近年来国际上兴起的一项高科技清洗技术。

所谓高压水射流，是利用高压管道疏通车将普通自来水通过高压泵加压到数百乃至数千大气压力，然后通过特殊的喷嘴（孔径只有1-2毫米），以极高的速度（200-500米/秒）喷出的一股能量高度集中的水流。

因为高压使得这连续不断的小水流能够如同小子弹一样具有巨大打击能量，能够进行钢板切割、铸件清砂、金属除锈，更能够有效除去管子内壁的盐、碱、垢等各种堵塞物。

利用这股具有巨大能量的水流进行清洗即为高压水射流清洗。

高压水射流清洗主要有如下几个优势1、金属腐蚀：由于用纯物理方法，故对金属无任何腐蚀作用。

2、清洗成本低：首先高压水射流使用的介质是自来水，它来源容易，普遍存在。

在清洗过程中，由于能量强大，不需加任何填充物及洗涤剂，即可清洗干净，故成本很低。

其次，节水节能，此种清洗方法与消防用水不同，属细射流喷射，所用的喷嘴直径只有0.5-2.5毫米，故耗水量只有3-5立方米/小时，所用动力的功率为37-90千瓦，故属节水节能设备。

3、清洗速度快：由于水射流（国外称水弹）的冲刷、契劈、剪切、磨削等复合破碎作用，可立即将结垢物打碎脱落。

它比传统的化学方法、喷砂抛丸方法、简单机械及手工方法清洗速度快几倍到几十倍。

4、清洗质量好：清洗管道及热交换器内孔时，能将管内的结垢物和堵塞物全部剔除干净，可见到金属本体。

具有巨大的能量且以超音速运动的高压水射流完全能够破坏坚硬结垢物和堵塞物，但对金属却没有任何破坏作用。

同时又由于高压水的压力小于金属或钢筋混凝土的抗压强度，故对管路没有任何破坏作用。

实现高质量清洗。

5、无环境污染：水射流清洗不像喷砂抛丸及简单机械清洗那样产生大量粉尘，污染大气环境，损害人体健康。

也不像化学清洗那样，产生大量酸、碱废液污染可道、土质和水质。

水射流是以自来水为介质，无臭、无味、无毒，喷出的射流雾化后，可降低作业区的空气粉尘浓度，可使大气粉尘由其它方法的80毫克/立方米降低到国家规定的安全标准2毫克/立方米以下，根除矽肺病源，消除酸碱废液流毒，是我国环保事业的一项重要举措。

临界流文丘里喷嘴数值模拟及优化设计

临界流文丘里喷嘴数值模拟及优化设计引言文丘里喷嘴是一种常见的喷射装置，广泛应用于化工、航空航天、医疗器械等领域。

临界流文丘里喷嘴因其性能稳定、喷射效率高而备受关注。

本文旨在以数值模拟和优化设计的方法，对临界流文丘里喷嘴进行研究，以期能够提高其性能并满足不同领域的需求。

一、临界流文丘里喷嘴的特点和应用临界流文丘里喷嘴是一种特殊的喷嘴结构，其特点主要包括喷嘴在工作流量范围内具有最低的阻力损失，喷射效率高，喷射效果稳定等。

在工程应用中，临界流文丘里喷嘴被广泛应用于喷气发动机、火箭发动机、液体燃料喷射装置等。

其优点主要包括喷射效率高、能量损失少、喷嘴寿命长等。

二、临界流文丘里喷嘴数值模拟方法在临界流文丘里喷嘴的研究中，数值模拟是一种非常有效的研究手段。

数值模拟可以帮助研究人员快速获得流场的分布情况，以及喷嘴的性能参数。

一般而言，临界流文丘里喷嘴的数值模拟可以采用计算流体动力学（CFD）方法。

在进行数值模拟时，需对喷嘴的几何结构和工作流场进行建模，并设置相应的数值模拟参数，如边界条件、材料属性等。

通过数值模拟可以得到喷嘴出口处的流速、压力、温度等相关参数，从而评估喷嘴的性能和优化设计。

三、临界流文丘里喷嘴的数值模拟结果分析通过数值模拟可以获得临界流文丘里喷嘴流场的分布情况以及相关参数。

通过对数值模拟结果的分析，可以得出以下结论：1. 喷嘴出口处流速分布均匀，流速峰值处位于喷嘴中心，流速高、压力小；2. 喷嘴内部流场存在较大的压力梯度，需进行优化设计以减小压力损失；3. 喷嘴内部流场存在较大的湍流和涡流，需要考虑喷嘴的抗阻性能。

通过对数值模拟结果的分析，可以为进一步的优化设计提供依据和方向。

四、临界流文丘里喷嘴的优化设计基于数值模拟结果的分析，可以进一步对临界流文丘里喷嘴进行优化设计。

优化设计的目标主要包括提高喷射效率、减小压力损失、提高抗阻性能等。

在优化设计中，一般可以采用以下方法：1. 优化喷嘴的几何结构，包括入口形状、出口形状、喷嘴长度等，以提高流场的均匀性和稳定性；2. 优化工作流场的设计，包括改变流场入口条件、设置流场引导结构等，以减小流场的湍流和涡流；3. 优化材料选择和加工工艺，以提高喷嘴的抗阻性能和耐磨性能。

纯水射流除锈性能的仿真对比分析与试验研究

表明：流压力、流Ｉ径、流靶距等参数对冲击性能影响较大。根据仿真分析得到的优化参数试验，明超高压纯水射射：射１表
射流除锈效果较好。
关键词：纯水射流除锈；模仿真；比分析；建对冲击性能；扫描电镜
中图分类号：Ｔ３Ｈ１７文献标识码：Ａｄｉ１．９９ｊｉｎ１０ｏ：０３６／．ｓ．０５—０２．０２０．０ｓ３９２１．６０２
ＭｏｅｉｇＳｍｕａｏｎａｙｉｎＵｌｒｈｇｅｓｒｕｅＷａｅｅｄｌｉｌｔｎａｄＡｎｌｓｓｏｔａｉｈＰｒｓｕｅＰｒｔｒＪｔｎｉＳｒｐｉｇＩｐｃｏｈｐＲｕｔＲｅｖｌｔｉｐｎｍａｔｆｒＳｉｓｍｏａ
ｔｒｅｉｔｎｅｗｒｎｌｚｄａｇｔｄｓａｃｅｅａａｙｅ．Ａｃｏｄｎｏｔｅｉａｔｐｒｒａｃｉｌｔｎａａｙｉａｄｔｅｔｐｃａａｔｒ，ｔｅｒｓｅｃｒｉｇｔｈｍｐｃｅｏｎｅｓｆｍｍｕａｉｎｓｓｎｈｙｉａｐｍｅｅｏｌｌｒｓｈｕｔｒ－ｍｏａｅｔｓｘｅｍｅｔｄｂｌｃｒｎｍｉｒｓｏｅｒｔｓＷａｅｐｒｎｅｙｅｅｔｏｃｏｃｐ．Ｔｅｓｍｕａｉｎａａｙｉｒｓｌｈｗｈｔｔｅｉａｔｐｒｒａｃｓｉｆ－ｌｉｈｉｌｔｎｌｓｓｅｕｔｓｏｔａｍｐｃｅｏｏｓｈｆｍｎｅｉｎｕｌｅｃｄｏｓｒａｌｙｔｅｐｅｓｒｎｅｂｅｖｂｙｂｒｓｕｅ，ｔｅｄａｔｒａｄｔｅｔｇｔｄｓａｃ，ｔｅｕｔｉｈｐｅｓｒｕｅｗｔｒｒｓｅｖｆｃｓｈｈｉｍｅｅｎｈａｅｉｔｅｈｌａｇｒｓｕｅｐｒａｅｕｔｒｍｏａｅｅｔｉｒｎｒｈｌ

高压水射流喷嘴内外部流场的数值模拟研究

高压水射流喷嘴内外部流场的数值模拟研究一、本文概述随着科技的进步和工业的发展，高压水射流技术在众多领域如清洗、切割、破碎、喷涂等中得到了广泛应用。

作为高压水射流技术的核心部件，喷嘴的设计和性能对整体技术的效果起着至关重要的作用。

因此，对高压水射流喷嘴内外部流场的深入研究和理解，对于优化喷嘴设计、提高射流效率、降低能耗等方面具有极其重要的意义。

本文旨在通过数值模拟的方法，对高压水射流喷嘴内外部流场进行系统的研究。

我们将对喷嘴内部流场进行详细的分析，包括流体的速度分布、压力分布、湍流特性等，以揭示流体在喷嘴内部的流动规律。

我们将关注喷嘴外部流场，特别是射流与周围环境的相互作用，射流的扩散、衰减、破碎等现象。

我们还将探讨喷嘴几何参数、操作条件等因素对流场特性的影响，为喷嘴的优化设计提供理论支持。

在数值模拟方面，我们将采用先进的计算流体力学（CFD）软件，建立精确的喷嘴几何模型和流体控制方程，通过合理的网格划分和边界条件设置，进行详细的数值模拟。

我们将通过对比分析实验结果和数值模拟结果，验证模型的准确性和可靠性，进而深入探讨喷嘴内外部流场的特性和规律。

通过本文的研究，我们期望能够更深入地理解高压水射流喷嘴的流场特性，为喷嘴的优化设计和实际应用提供有益的指导和建议。

我们也希望能够为高压水射流技术的进一步发展和应用推广做出一定的贡献。

二、高压水射流喷嘴的基本原理和分类高压水射流喷嘴是高压水射流技术的核心部件，其基本原理是利用高压水泵将水加压至数十至数百兆帕，然后通过喷嘴形成高速、高能量的水射流。

这一过程中，水射流在喷嘴内部经历压力能和动能的转换，并在喷嘴出口处形成强烈的冲击力和剪切力，从而实现各种工业应用。

根据喷嘴的结构特点和用途，高压水射流喷嘴可分为多种类型。

其中，最常见的分类方式是根据喷嘴出口形状的不同，将其分为圆柱形喷嘴、扇形喷嘴、圆锥形喷嘴等。

圆柱形喷嘴出口呈圆形，射流集中，适用于需要高精度切割和清洗的场合；扇形喷嘴出口呈扇形，射流面积大，适用于大面积清洗和除锈等应用；圆锥形喷嘴出口呈圆锥形，射流扩散角较大，适用于远距离清洗和破碎等任务。

超高压纯水射流除漆效率的影响因素及优化设计

厢表面结构复杂，致使靶距增大，另外车厢表面附送后，喷嘴以极大的初速度射出，喷头旋转与从在
两层以上且附着力极强的油漆，以这种除漆作横向移动的复合运动下实现大面积的除漆作业。所业难度更大。本文通过试验及模拟分析除漆能力的影响因素，并最终确定了可行的优化方式。射流作用于材料的冲击引起射流速度突变，而从
导致射流内压力的剧增。在这样能力，是高压但
附着物发生破坏被剥离本材。图１２为带有真空腔的平面清洗器喷头和对下，、
横梁内侧除锈的多孔喷头示意。旋转接头用来连
接静止的高压水管与旋转的喷头，气动马达在０３水在管路输运中发生能量的损失，喷嘴射流后．经０８ＭＰ．ａ的高压空气驱动下通过传动机构带动射流能否形成集中的射流核，作业面的射流距离轴、喷杆与喷嘴的旋转。喷嘴的旋转和整体横移离（即靶距）油漆的厚度及吸附力以及喷头运动，形成射流作业面呈矩形带状。罩壳内相对密封的的规律都将影响着除漆的能力。所以将作业面表
（肥通用机械研究院，合安徽合肥２０３）３０１摘要：介绍了超高压纯水射流除漆成套设备的组成及主要部件的工作原理，同时简述了超高压纯水射流除漆机理及
其影响因素，并最终优化确定了降低管路损失，提高喷头打击效率两种提高纯水射流除漆能力的途径。关键词：超高压纯水射流；除漆机理；管路损失；喷头

水射流箱体除锈生产线的研制

ｔｉｓｅｖｌｌｎａｅｎｔｅｔｓｉｇｅｐｒｅｃｎｈａａｔｒＴｅｃｎｇｒｔｏｎｄｐ — ｈｓｒｔｒｍｏａｉｅｂｓｄｏｈｅｔｎｘｅｉｎｅａｄｔｅｐｒｍｅｅ．ｈｏｆｕａｉｎａａｕｉｒｍｅｅｓｄｔｒｎｔｏｆｔｉｓｅｌｉｅｗｅｅｉｔｏｕｅ．ａｔｒｅｅｍｉａｉｎｏｈｓａｓｍｂｙｌｎｒｎｒｄｃｄ
ｕｅｏａｋｕｔｒｍｏａｓｄｆｒｔｎｒｓｅｖｌ
ＷＮＧＹｎｑｎＡｏｇｉｇ，Ｚａｉｇ， Ⅳ ＸｎｕＨＮａｈｎＢｈｎｆａＨＵＨｕｑｎｉｒ，ＡＣｉｏｇ，ＡＳｅｇｕ
（ｅｉｅｅａＭａｈｎｒｅｅｒｈＩｓｔｔ，ｆｉＡｈｉ３０）ＨｆｎｒｌｃｉｅＲｓａｃｔｕｅＨｅ，ｎｕ０３ｅＧｙｎｉｅ２１
关键词：水射流；箱体除锈；设备配置；参数确定
中图分类号：６１１Ｕ７．６Ｕ７．；２９３２文献标识码：Ａ
Ｒｅｅｒｈａｄｂｉｉｇｏａｅｊｔｓｅｌｉｅｓａｃｎｕｌｎｆｗｔｒ－ｅｓｍｂｙｌｄａｎ
增加除锈成本等问题。所以该除锈工艺在工业生产
中应用除锈。该除锈工艺所用设备相对简单，但粉尘污染是该种除锈工艺无法避
第三阶段—— 超高压纯水射流除锈。仅用水即
可除锈，既完全避免了粉尘污染，时又不需要额外同

高压水射流喷嘴的设计及其结构优化

高压水射流喷嘴的设计及其结构优化针对于水射流切割系统而言，关键的设备之一就是喷嘴，严重影响射流内部流场和水射流动力学性能。

通过分析和研究传统直线类型喷嘴，改进喷嘴流道结构，将既具有过渡段和平直段又具有收缩段的流线型喷嘴设计出来。

标签：高压；水射流喷嘴；设计；结构前言：无论对射流流场分布，还是水射流力学性，喷嘴都具有至关重要的影响。

喷嘴结构好能够将水射流加工的精度和效率有效地提升。

喷嘴内部水射流运动的速度也非常快，因此，嚴重磨损喷嘴的结构[1]。

怎样设计出既能够满足加工效率和精率又耐用的喷嘴结构，是当前国内外学者研究和分析的重要课题。

一、设计高压水射流喷嘴（一）水射流结构和机理1.水射流的结构。

射流就是流体通过小孔或者狭缝流动的一种现象。

水射流结构图见图1所示。

图1中分为初始段、基本段、转折段以及消散段四个段。

转折段，由于射流方向和大小都会有一个突变，所以称此段为“转折段”。

消散段，也是射流最后的一段，射流与射出环境介质在该段中已经完全融合，射流轴向速度和动力值这时都非常小。

结合不同需求来利用不同段的射流，致使射流的最大能量转换率和使用率能够有效地实现[2]。

2.水射流的机理。

水射流就是通过一系统或者一个小孔，将一定静压水喷射成水流且形成细小流线束，致使这种细小流线束既具有较高动压，又具有较高流速。

根据不同标准，水射流分类也不同。

根据驱动压力分：可以分为超高压水射流、高压水射流、中压水射流以及低压水射流。

该文水射流压为选用的是200Mpa，属于超高压水切割。

根据环境介质分：可以分为淹没式式射流和非淹没式射流。

高压水射流破除混凝土研究现状及展望

理论研究现状
数值模拟
研究者们利用有限元分析、离散元等方法，对高压水射流破除混凝土的过程进行数值模拟。通过模拟，可以更深入地理解射流破除混凝土的机理，为实验研究和实际应用提供理论支持。
理论模型
基于实验和数值模拟结果，研究者们提出了多种理论模型，用于描述高压水射流破除混凝土的过程。这些模型通常包括射流冲击力、混凝土破裂准则等。
技术发展历程
初期阶段
成熟阶段
20世纪70年代，高压水射流技术开始应用于混凝土破除领域。初期主要采用低压力、低流量的射流技术，破除效率较低。
目前，高压水射流破除混凝土技术已经非常成熟，广泛应用于建筑拆除、道路维修、隧道挖掘等领域。
发展阶段
20世纪80年代以后，随着技术的不断进步，高压水射流技术得到了快速发展。采用高压力、高流量的射流技术，大大提高了破除效率。
粉尘污染。
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高压水射流破除混凝土技术应用现状
建筑工程领域应用现状
混凝土结构拆除
高压水射流可用于拆除建筑结构中的混凝土构件，具有高效、环保、安全等优点。
建筑垃圾处理
高压水射流可用于破碎建筑垃圾，将其破碎成小块，方便运输和再利用。
道路桥梁工程领域应用现状
路面破碎
高压水射流可用于破碎道路表面的混凝土层，为道路维修和改造提供方便。
高压水射流破除混凝土的设备成本较高，对于一些预算有限的工程，可能难以承受。
技术效率提升问题
能源效率提升
高压水射流破除混凝土的能源效率相对较低，需要消耗大量的水能和电能。通过改进技术，提高能源利用效率，可以降低成本并提高效率。
自动化和智能化
通过引入自动化和智能化技术，可以更好地控制破除过程，提高破除效率和精度。

超高压水除锈技术研发方案(一)

超高压水除锈技术研发方案一、实施背景近年来，我国产业结构正在经历深刻的变革，其中，金属制造业、船舶工业、能源工业等与除锈技术紧密相关的行业正在迅猛发展。

随着工业规模的扩大，设备腐蚀问题日益凸显，传统的人工打磨、化学除锈等方法已无法满足现代工业的效率和质量需求。

在此背景下，我们提出超高压水除锈技术研发方案，旨在提高除锈效率，减少环境污染，降低人力成本，以满足现代工业的需求。

二、工作原理超高压水除锈技术主要是利用超高压水的冲击力来清除金属表面的锈迹和氧化物。

该技术的工作原理基于流体力学中的“水锤效应”，即当水流受到阻碍时，会产生一个反向的压力波，这种压力波可以在短时间内将大量能量释放到金属表面，从而剥离锈迹和氧化物。

此外，超高压水的冲击力还可以对表面进行一定程度的清洗，提高除锈效果。

三、实施计划步骤1.技术研究与开发：成立研发团队，进行超高压水除锈技术的理论研究和实验开发。

2.设备设计与制造：根据技术研究的结果，设计制造超高压水除锈设备。

3.现场试验：在试验场进行现场试验，对设备的性能和效果进行验证和优化。

4.推广应用：在验证成功后，将超高压水除锈技术推广应用到相关行业。

四、适用范围超高压水除锈技术适用于各类金属表面的除锈，如钢铁、铜、铝等。

该技术不仅可以用于船舶、石油管道、电力设施等大型设备的除锈，也可以用于金属加工、汽车制造等工业生产过程中的表面处理。

五、创新要点1.高效性：超高压水除锈技术可以大大提高除锈效率，比传统方法节省人力和时间。

2.环保性：由于使用水作为除锈介质，因此不会产生有害的化学物质，更加环保。

3.综合性：超高压水除锈不仅可以清除金属表面的锈迹和氧化物，还可以对表面进行一定程度的清洗，提高表面质量。

六、预期效果预计通过实施本方案，可以带来以下预期效果：1.提高除锈效率：预计可以提高除锈效率2-3倍。

2.降低环境污染：由于使用水作为除锈介质，因此可以降低对环境的污染。

3.节省人力成本：由于提高了除锈效率，可以减少人力成本约30%。

船舶高压水射流除锈过程有限元仿真分析

船舶高压水射流除锈过程有限元仿真分析船舶高压水射流除锈是一种常见的除锈方法，通过高压水射流将船体表面的锈蚀物和污垢清除，达到清洁船体表面的目的。

除锈过程中的高压水射流对船体表面和材料有一定的冲击和影响。

为了更好地了解船舶高压水射流除锈过程的影响，并进行有效的仿真分析，本文将利用有限元方法对船舶高压水射流除锈过程进行分析。

一、船舶高压水射流除锈过程的工作原理船舶高压水射流除锈是一种利用高压水射流对船舶表面进行清洁的方法。

其工作原理主要包括以下几个方面：首先是高压水射流的产生，一般采用高压水泵将水压增加至一定的压力，然后通过喷嘴将水射流射向船体表面。

高压水射流在与船体表面接触的过程中，会产生冲击力和剪切力，将表面的锈蚀物和污垢清除。

高压水射流还可以将表面的涂层和油漆清除，使得船体表面变得光滑和清洁。

在进行有限元仿真分析时，需要考虑以下几个方面的因素：1. 材料属性：船体材料的强度、韧性和变形特性对高压水射流除锈过程都有一定的影响。

需要准确地获取船体材料的物理力学性质和材料参数，包括弹性模量、泊松比和屈服强度等。

2. 喷嘴参数：喷嘴的大小、喷口形状、喷射角度和喷射速度等参数都会影响高压水射流对船体表面的冲击情况。

需要对喷嘴的结构和工作参数进行准确的建模和分析。

3. 船体结构：船体的几何形状和表面粗糙度对高压水射流除锈过程也有一定的影响。

需要对船体的结构进行精确的建模和网格划分，以便进行有限元分析。

4. 边界条件：在有限元仿真分析中，需要考虑边界条件对结果的影响，包括约束条件、载荷条件和边界条件等。

这些条件会对船体在高压水射流作用下的响应和变形产生一定的影响。

通过对上述因素的分析和建模，可以利用有限元方法对船舶高压水射流除锈过程进行仿真分析。

通过仿真分析可以得到船体表面的应力分布、变形情况和受力情况，从而更好地了解高压水射流对船体表面的影响和作用。

高压水射流船舶表面清洗研究

高压水射流船舶表面清洗研究摘要：为了研究圆锥形喷嘴水射流参数对水射流清洗效率的影响，利用Fluent软件对喷嘴射流进行仿真分析。

研究了射流靶距L和射流入射角β与清洗效率的影响关系。

选择喷嘴入口直径D=8mm，出口直径d=1mm，喷嘴收缩角α=13°，用来建立圆锥形喷嘴射流流场的数值仿真模型。

结果表明：当射流靶距L=80mm以及射流入射角β=10°时，对船舶表面进行冲洗的高压水射流具有更大的能量和速度，此时水射流的清洗宽度以及对船身的压力覆盖面积均达到最大，射流清洗效率能够得到明显提升。

关键词：船舶清洗；圆锥形喷嘴；收缩角；射流靶距；射流入射角0引言喷丸作为船舶外表面预处理最常用的除锈方法，因传统工艺会造成严重的环境污染问题，现已被欧洲发达国家全面禁止。

高压水射流清洗作为船舶清洗的一门新兴技术，具有清洗速度快、清洗质量好、清洁环保等诸多优势，广泛应用于国内外各类清洗行业[1]。

水射流清洗的工作原理是将过滤后的清水输入高压泵组将其加压，最后由不同孔径的喷嘴喷射而出从而形成高压力水射流，打击待清洗物的表面，以达到清洗的效果[2]。

圆锥形喷嘴能够喷射出锥形射流形状，射流颗粒分布均匀，同时也能够产生细小的雾化颗粒，具有较好的流通性，能够减少堵塞现象的发生，是目前工业洗涤中广泛应用的一种喷嘴。

本文是基于流体仿真软件Fluent，针对射流靶距以及射流入射角两种影响因素，对圆锥形喷嘴的射流流场进行仿真分析，为提高圆锥形喷嘴路面清洗效率提供相关的理论依据。

1喷嘴结构1.1喷嘴结构本文的主要研究对象为圆锥形喷嘴，该喷嘴的主要结构参数包括：喷嘴入口直径D，喷嘴收缩角α，出口直径d和喷嘴长度L。

喷嘴直径作为喷嘴结构的重要参数，其中出口直径d决定了射流的流量与压力，研究表明，当出口直径取值在1~3mm范围内时，射流初始长度最好[3-4]；收缩角α是决定喷嘴射流流动阻力的主要因素。

图1为圆锥形喷嘴内部结构示意图。

高压水射流扇形喷嘴内外流场仿真分析的开题报告

高压水射流扇形喷嘴内外流场仿真分析的开题报告1. 研究背景和意义高压水射流是一种应用广泛的工业加工工艺，具有高效、环保、灵活等优点，被广泛应用于机械加工、清洗、除锈等领域。

而高压水射流喷嘴的设计和优化是影响高压水射流加工效果和成本的重要因素。

扇形喷嘴是一种常用的高压水射流喷嘴，它的喷射效果受到内外流场的影响。

因此，对扇形喷嘴内外流场进行仿真分析，可以深入了解喷嘴结构和参数对喷射效果的影响规律，为喷嘴的设计和优化提供科学依据。

同时，该研究还可为工业应用提供技术支持和参考。

2. 研究内容和方法本文将主要研究高压水射流扇形喷嘴内外流场的特点和规律，具体包括以下内容：（1）建立高压水射流扇形喷嘴的数值模型和物理模型，确定仿真所需的边界条件和材料参数；（2）利用计算流体力学（CFD）软件对扇形喷嘴内外流场进行数值模拟，分析流场的速度、压力、温度等特性；（3）通过比较不同喷嘴结构和参数的流场仿真结果，分析它们对高压水射流喷射效果的影响规律；（4）对仿真结果进行验证和分析，得出高压水射流扇形喷嘴内外流场的特点和优化方向。

3. 研究预期目标本文的研究预期目标如下：（1）建立高精度的数值模型和物理模型，可以对高压水射流扇形喷嘴内外流场进行准确且快速的仿真分析；（2）深入分析扇形喷嘴内外流场的特点和规律，揭示喷嘴结构和参数对喷射效果的影响机制；（3）确定优化高压水射流扇形喷嘴结构和参数的方向和方法，为实现高效、环保、灵活的高压水射流加工提供科学依据和技术支持。

4. 研究贡献本文的研究贡献主要包括以下方面：（1）深入了解高压水射流扇形喷嘴内外流场的特点和规律，对喷嘴优化和设计提供科学依据和技术支持；（2）利用CFD软件对高压水射流流场进行数值模拟，为仿真分析提供了一种准确、可靠的方法；（3）通过对高压水射流扇形喷嘴内外流场的仿真分析，提出了优化喷嘴结构和参数的方向和方法，为高压水射流加工的应用提供了技术支持。

高压磨料水射流光整加工技术的理论分析与数值模拟研究的开题报告

高压磨料水射流光整加工技术的理论分析与数值模拟研究的开题报告一、选题背景及意义高压磨料水射流光整加工技术是一种先进的金属表面加工技术，在汽车、航空、航天、工程机械等领域都有广泛应用。

其相比传统机械加工、化学加工等技术，具有高效、环保、精度高等优点。

但该技术对加工条件的要求较高，需要进行理论分析及数值模拟，以优化加工参数，提升加工效率与质量。

二、研究内容及方法1. 研究高压磨料水射流光整加工技术的加工原理，分析其优缺点及适用范围。

2. 基于液-固两相流理论及磨粒入射动能转移模型，建立高压磨料水射流光整加工技术的理论模型。

3. 利用数值模拟方法，对高压磨料水射流光整加工技术进行模拟，优化加工参数，探究加工过程的物理特性及其对加工质量的影响。

4. 验证模型的有效性，对模型进行实验验证，比较模拟结果与实验结果的一致性。

三、预期目标1. 建立高压磨料水射流光整加工技术的理论模型，为研究该技术提供理论基础。

2. 通过数值模拟，确定最佳加工参数，提高加工效率和质量。

3. 通过实验验证，证明该理论模型的可靠性和实用性。

四、研究意义1. 为高压磨料水射流光整加工技术的优化提供理论依据。

2. 提高该技术的加工效率和质量，增强其在工业领域的应用。

3. 对液-固两相流理论的研究有较大贡献。

五、研究难点1. 建立液-固两相流理论的数学模型。

2. 分析磨料在加工过程中的动能转移，建立磨粒入射动能转移模型。

3. 选择合适的数值模拟方法，对加工过程进行模拟。

六、进度安排1. 第一阶段（1~3个月）：文献查阅、理论分析和模型建立。

2. 第二阶段（3~6个月）：数值模拟和模型优化。

3. 第三阶段（6~9个月）：实验验证和数据分析。

4. 第四阶段（9~12个月）：撰写论文，进行答辩。