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空化水射流船舶清洗技术的研究

作　者: 李锋
导　师: 韩端锋
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 船舶清洗空化水射流喷嘴仿真
分类号: U672.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

目前我国的船舶清洗普遍采用喷丸方法,对环境污染大,对人体伤害大,磨料成本消耗大。针对船舶的清洗方式及特点,本文将空化水射流原理用于船舶清洗方面的研究。空化水射流是一项高效、环保、低成本的新型高效射流技术。有研究表明,在相同泵压下,空化射流的冲击压力是连续射流冲击压力的8.6～124倍。利用此种方法,清洗、除锈等级在与高压水射流同等级的情况下,可使喷射压力降低1-2个等级。为此,本文做了几方面的研究：对我国船舶清洗行业的现状,高压水射流技术及空化水射流技术在船舶行业的应用、研究的进展及现状等进行总结与论述。阐明空化水射流清洗技术应用于船舶清洗行业的重要意义。在吸收和借鉴前人研究成果的基础上,以流体力学、计算流体力学、空化与空蚀理论、水射流理论及数值仿真理论等为基础,根据空化初生的原理及空化水射流形成的方法设计两种形式的空化喷嘴——风琴管空化喷嘴和人工淹没射流喷嘴。分析研究两种喷嘴的基本结构形式,确定喷嘴的结构参数。运用计算流体力学软件Fluent对风琴管空化喷嘴进行了仿真研究,从仿真研究角度分析结构参数对风琴管空化喷嘴产生空化能力的影响规律。采用冲蚀铝块的间接测试方法,通过冲蚀效果来评价水射流的性能。通过对两种喷嘴的冲蚀实验数据的研究分析,探索喷嘴结构、射流压力、冲蚀时间、喷距等工作参数对不同条件下空化水射流冲蚀性能的影响关系。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-21
  1.1 高压水射流清洗技术  11-15
    1.1.1 高压水射流清洗技术的特点  11-12
    1.1.2 高压水射流清洗技术的发展  12-14
    1.1.3 高压水射流清洗技术的工业应用  14-15
  1.2 高压水射流清洗技术在船舶行业的应用  15-17
    1.2.1 船舶清洗的内容及范围  15
    1.2.2 我国船舶清洗行业的现状  15-16
    1.2.3 高压水射流清洗技术在船舶行业的应用  16-17
  1.3 空化水射流船舶清洗技术的国内外研究现状  17-19
  1.4 本论文研究的意义与内容  19-21
    1.4.1 本论文研究的意义  19-20
    1.4.2 本论文研究的内容  20-21
第2章空化水射流清洗的机理  21-30
  2.1 水流中的空化与空蚀  21-22
  2.2 空化的动力相似准则——空化数  22-24
  2.3 空蚀破坏的机理  24-27
    2.3.1 机械作用理论  24-25
    2.3.2 空化的压力脉动清洗作用理论  25-26
    2.3.3 化学腐蚀理论  26
    2.3.4 电化学理论  26
    2.3.5 热作用理论  26-27
  2.4 空化射流的基本原理  27-28
  2.5 本章小结  28-30
第3章水射流空化初生的原理  30-44
  3.1 尾流中的空化初生(绕流型)  30-33
  3.2 高剪切流区内的空化初生(剪切型)  33-37
  3.3 振荡型空化初生(振荡型)  37-43
  3.4 本章小结  43-44
第4章空化喷嘴的结构形式  44-55
  4.1 常用的空化喷嘴结构和性能  44-49
  4.2 本文研究的空化喷嘴结构参数的确定  49-53
    4.2.1 高压产生设备的选择  49-50
    4.2.2 喷嘴直径计算  50-51
    4.2.3 风琴管空化喷嘴结构参数的计算  51-52
    4.2.4 人工淹没射流喷嘴结构设计  52-53
  4.3 本章小结  53-55
第5章风琴管空化喷嘴的仿真研究  55-68
  5.1 流体计算软件Fluent简介  55-57
    5.1.1 Fluent软件组成  55-56
    5.1.2 Fluent软件的特点  56-57
  5.2 风琴管空化喷嘴模型的仿真研究  57-61
    5.2.1 风琴管空化喷嘴的有限元网格划分  57-59
    5.2.2 湍流模型的选择  59-60
    5.2.3 多相流模型的选择  60-61
  5.3 仿真研究的步骤和参数的设定  61-62
  5.4 仿真计算结果与分析  62-67
  5.5 本章小结  67-68
第6章空化水射流冲蚀特性的实验研究  68-78
  6.1 实验装置及方法  68-70
    6.1.1 实验装置  68-69
    6.1.2 实验方法  69-70
  6.2 风琴管空化喷嘴射流冲蚀铝块的实验研究  70-76
    6.2.1 喷距对冲蚀效果的影响  70-71
    6.2.2 射流压力对喷距及冲蚀效果的影响  71-73
    6.2.3 风琴管结构参数对冲蚀效果的影响  73-74
    6.2.4 冲蚀时间对冲蚀效果的影响  74-75
    6.2.5 风琴管空化喷嘴与宝石喷嘴的比较  75-76
  6.3 人工淹没射流冲蚀铝块的实验研究  76-77
  6.4 本章小结  77-78
结论  78-80
参考文献  80-83
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  83-84
致谢  84

空化水射流船舶清洗技术的研究

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