基于FLUENT的高压水射流除锈的流场仿真及射流参数优化.pdf

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1、第34卷第2期锣(倾首吾Vo1．34NO．22016年2月MACHINERY＆ELECTRoNICSFeb．2016基于FLUENT的高压水射流除锈的流场仿真及射流参数优化屈长龙，王喜顺(华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州510640)摘要：利用高压水射流船舶除锈取代目前的人工打砂除锈势在必行。介绍了水射流的基本结构并根据高压纯水射流除锈的工况，利用计算流体动力学(CFD)方法对高压水射流进行了模拟仿真。通过仿真介绍了流场中高压水射流盼特性以及靶面的受力情况。最后，为了达到良好的除锈效果，对高压水射流的靶距和入射角度进行优化，得出在指定条件下最优靶距应为15

2、～20mm，最优入射角度(射流与靶面法线的夹角)应为30。。关键词：高压水射流；CFD；除锈；参数优化中图分类号：TH12文献标识码：A文章编号：1001—2257(2016)02—0024—04JetFlowSimulationandParametersOptimizationofHighPressureWaterJetforDerustingBasedonFLUENTQUChanglong，WANGXishun(SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering，SouthChinaUniversityofTechnology

3、，Guangzhou510640，China)Abstract：Itisnecessarytoreplacetraditionalgrit—blastingforhigh—pressurewaterjetforshiphullderusting．Thispaperintroducesthestructureofwaterjet，andcarriesoutthenumericalsimulationofhigh—pressurewaterjetforshiphullderusting．Thesimulationincludesthehigh—pressurewate

4、rjetcharacteristicsandtheimpactpressuredistributiononthetarget．Inaddition，thestand—offdistanceandiniectionanglesofhigh—pressurewaterjetforderustingarealsooptimized．Afteroptimization，thestand—offdistanceisspecifiedatbetween15mmand20mmandtheinjectionangle(anglebetweenwaterjetandthenorma

5、loftarget)iS30degrees．Keywords：high—pressurewaterjet；CFD；derusting；parametersoptimization中，对工人以及周边居民的身体造成严重危害。基于0引言高压水射流的船舶除锈爬壁机器人应运而生。爬壁我国船舶工业进入了高速发展的时期。船舶表机器人成套设备主要由三大部分组成，分别是爬壁机面预处理质量的达标是涂装质量达标的前提[1]，因此器人及控制系统、高压大功率泵组、真空回收系统。船舶表面除锈在船舶制造和船舶修理中是非常重要爬壁机器人用来搭载高压水射流除锈器，执行高压水的步骤。目前，国内主要采

6、用人工打砂除锈。除了工射流除锈作业，真空回收系统用来回收废水和锈渣，作量大、效果不佳，最主要的一点是它对环境的污染并且防止表面返锈【2]。太严重。每次工作之后，都会有大量粉尘弥漫在空气高压水射流技术是近些年来发展非常迅猛的收稿日期：2015—12—18作者简介：屈长龙(199O一)，男，硕士研究生，研究方向为基于高压水射流的船舶除锈爬壁机器人；王鼻顺(1959一)，男，广东汕头人，副教授，博士研究生，研究方向为机械设计及理论。·24·够倾县薯备2016(2)a(／z)看到，在200mm靶距内水射流中心轴线速度的衰．4-坌兰一’az减并不明显。因此，得知空气的卷吸作

7、用对水射旦[(+)蠹]+P譬㈣流中心轴线速度的衰减影响不大。图5为水射流Oxi轴线动压力曲线图。从图中可以看到，在水射流为由于平均速度梯度引起的湍动能；一离开喷嘴以后动压力下降较快，在靶距100mm以为湍流黏性系数；作为默认值常数：：后动压力逐渐平稳。可以认为在后面平稳那段，射流已经被空气隔离成水滴，成为了空气与水滴0．09，C1一1．44，C2：1．92，一1．0，一1．3。的混合物。3流场仿真及结果分析3．1流场仿真及结果分析流场截面的速度云图如图3所示，从图中可以看到喷嘴出口速度的最大值为619m／s。计算喷嘴出El射流的速度为式(7)。(7)为喷嘴外流体的

8、流速；P为