高壓水射流技術(shù)具備沖擊力強(qiáng)、高效、清潔等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于船舶清洗、礦產(chǎn)開采以及金屬切割等領(lǐng)域。當(dāng)高壓水射流處于淹沒狀態(tài)時(shí),射流邊界在強(qiáng)剪切作用下產(chǎn)生大量空泡,通過對(duì)流場(chǎng)中空泡的合理利用,可以在同等工作壓力下使射流的沖擊性能得到顯著提高。采用空化射流對(duì)金屬材料進(jìn)行沖擊,利用空泡在材料表面潰滅時(shí)的沖擊波及微射流水錘作用,可使材料表層晶粒結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,提高表面硬度并形成殘余壓應(yīng)力,從而達(dá)到提高材料表面性能的效果,但是如果對(duì)空化射流控制不當(dāng),強(qiáng)烈的空泡沖擊則可能對(duì)金屬表面產(chǎn)生汽蝕破壞。因此,研究淹沒式高壓水射流空化發(fā)生機(jī)理,掌握不同工況下射流的空化程度以及沖擊波特性,對(duì)開發(fā)綠色、高效的金屬表面強(qiáng)化工藝具有重要意義。本文在江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃競(jìng)爭(zhēng)項(xiàng)目“大容量高參數(shù)水力機(jī)械葉片空泡沖擊波強(qiáng)化抗汽蝕磨蝕技術(shù)研發(fā)”(項(xiàng)目編號(hào):BE2017126)的資助下,對(duì)淹沒式空化水射流空泡形成機(jī)理及空泡沖擊波強(qiáng)化金屬效果進(jìn)行了系統(tǒng)研究。本文的主要研究工作及所取得的創(chuàng)新成果有:(1)搭建了高壓水空化射流可視化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),基于高速攝影獲取了不同空化數(shù)及噴嘴幾何參數(shù)下空化射流的非定常演化特征,采用本征正交分解(POD)算...

【文章頁數(shù)】：132 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
符號(hào)表
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 空泡動(dòng)力學(xué)與空蝕機(jī)理研究現(xiàn)狀
    1.3 高壓水空化射流理論研究現(xiàn)狀
        1.3.1 試驗(yàn)研究
        1.3.2 數(shù)值模擬研究
    1.4 高壓水空化射流技術(shù)的應(yīng)用
        1.4.1 高壓水空化射流清洗
        1.4.2 高壓水空化射流破巖
        1.4.3 高壓水空化射流噴丸
    1.5 本文研究的主要內(nèi)容
第二章 淹沒式高壓水空化射流試驗(yàn)研究
    2.1 高壓水射流實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
    2.2 高速攝影實(shí)驗(yàn)與分析方法
        2.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與步驟
        2.2.2 空泡云瞬時(shí)特性POD降維分析方法
    2.3 淹沒式高壓水空化射流高速攝影分析
        2.3.1 不同空化數(shù)下空泡發(fā)展規(guī)律
        2.3.2 噴嘴幾何參數(shù)對(duì)空泡云的影響
    2.4 淹沒射流的PIV測(cè)量
        2.4.1 PIV設(shè)備與實(shí)驗(yàn)方法
        2.4.2 PIV測(cè)試結(jié)果分析
    2.5 本章小結(jié)
第三章 淹沒式高壓水空化射流的數(shù)值模擬研究
    3.1 控制方程
        3.1.1 多相流模型
        3.1.2 空化模型
        3.1.3 湍流模型
    3.2 數(shù)值計(jì)算方法
        3.2.1 模型建立
        3.2.2 網(wǎng)格劃分
        3.2.3 邊界條件設(shè)置
    3.3 結(jié)果分析
        3.3.1 湍流模型對(duì)比
        3.3.2 模擬結(jié)果的驗(yàn)證
        3.3.3 淹沒空化射流的數(shù)值計(jì)算分析
    3.4 本章小結(jié)
第四章 高壓水射流噴嘴空化性能的影響因素研究
    4.1 角型噴嘴的正交試驗(yàn)
        4.1.1 數(shù)值模擬設(shè)置
        4.1.2 角型噴嘴正交試驗(yàn)方案
        4.1.3 角型噴嘴正交試驗(yàn)結(jié)果分析
    4.2 不同出口形狀噴嘴的性能分析
    4.3 本章小結(jié)
第五章 近壁面空泡潰滅沖擊金屬作用機(jī)理研究
    5.1 空泡動(dòng)力學(xué)理論
    5.2 空泡潰滅過程的數(shù)值模擬研究
        5.2.1 數(shù)值計(jì)算與實(shí)驗(yàn)方法
        5.2.2 無限域空泡潰滅特性研究
        5.2.3 近壁面空泡潰滅特性研究
    5.4 本章小結(jié)
第六章 空化射流沖擊金屬作用效果分析
    6.1純鋁空化射流汽蝕實(shí)驗(yàn)
        6.1.1 靶距對(duì)沖擊效果的影響
        6.1.2 噴嘴出口形狀對(duì)沖擊效果的影響
        6.1.3 不同沖擊時(shí)間下的作用效果
    6.2 空化射流強(qiáng)化Al6061 研究
    6.3 空化射流強(qiáng)化304 不銹鋼研究
    6.4 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 研究總結(jié)
    7.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    7.3 工作展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者在攻讀博士學(xué)位期間取得的科研成果及參加的科研工作



本文編號(hào)：3754760