工業(yè)清洗中高壓水射流的應(yīng)用和防護

1、工業(yè)清洗中高壓水射流的應(yīng)用和防護摘 要高壓水射流工業(yè)清洗在管道清洗中應(yīng) 用最為廣泛，管道清洗約在工業(yè)清洗中占有 70%以上 的份額，管道清洗的安全事故亦多于其它設(shè)備和裝置 清洗的事故。通過介紹管道清洗事故的類型和防護方 法，以期減少或避免安全事故的發(fā)生，保護人身和設(shè) 備的安全。 關(guān)鍵詞 高壓水射流 清洗 安全中圖分類號： TP654.81 文獻標(biāo)識碼： A 文章編 號： 1009-914X（ 2015）37-0284-01嚴重的環(huán)境污染、大量的資源消耗，是制約我國 21 世紀可持續(xù)發(fā)展的重大問題， 我國已進入機械裝備 和家用電器報廢的高峰期，如果全部回爐勢必造成巨 大的資源浪費，再制造應(yīng)運而生

2、。再制造的資源與環(huán) 境效益十分巨大，開展再制造相關(guān)研究十分重要，而 再制造清洗是零件再制造過程中的重要工序，是再制 造零部件進行檢測與修復(fù)的前提，是零件進行再制造 的基礎(chǔ)。高壓水射流技術(shù)是近年來發(fā)展十分迅猛的一 門新興技術(shù)，能夠完成清洗、切割、破碎等工藝。高 壓水射流清洗屬于物理清洗，由于高壓水射流清洗具 有清洗成本低、 速度快、清洗率高、 不損壞被清洗物、 應(yīng)用范圍廣、不污染環(huán)境等諸多優(yōu)點，將其引入再制 造清洗中，具有很大的現(xiàn)實意義。高壓水射流清洗是高壓水射流應(yīng)用的一個重要方 面，與傳統(tǒng)的機械式、化學(xué)式清洗相比，具有廣泛的 通用性和相對環(huán)境無害性等獨特優(yōu)點。由于高壓水射 流清洗具有顯著的優(yōu)勢

3、，在世界范圍內(nèi)對環(huán)境保護日 益重視的形勢下，得到了各行業(yè)的高度重視，在各個 領(lǐng)域都有快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。噴嘴是高壓水射 流成套設(shè)備的核心，是形成水射流工況的直接元件， 它所造成的結(jié)果直接影響到系統(tǒng)的各個部分。 實際上， 研究出性能良好、材料適宜又與主機匹配的噴嘴，將 極大地提高射流效率。其中，由于扇形噴嘴能產(chǎn)生平 坦均勻的扁平射流越來越廣泛的應(yīng)用于工業(yè)及日常清 洗作業(yè)當(dāng)中。噴嘴幾何參數(shù)對射流流場性能的影響， 采用計算流體力學(xué)的原理，依照計算前處理的次序介 紹了數(shù)值模型的建立、網(wǎng)格劃分、邊界條件和初始條 件的設(shè)定、 計算控制參數(shù)設(shè)定等。 并采用 FLUENT 軟 件中的層流單相模型和湍流混合

4、模型對射流流場的速 度、壓力、介質(zhì)等物理量進行了射流內(nèi)外流場的數(shù)值 模擬研究。在邊界條件和初始條件相同的情況下，分 別改變扇形噴嘴的入口形狀、內(nèi)流道長徑比、出口角 度，用 FLUENT 軟件對噴嘴射流的內(nèi)外部流場性進行 了模擬和分析，從而得出最佳的噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)。在噴 嘴射流研究中取得的成果和不足，對今后研究工作提 出展望。高壓噴嘴幾何結(jié)構(gòu)對噴嘴內(nèi)部流場的影響，主要針對噴嘴內(nèi)錐角a長徑比l/d、噴嘴入口直徑D與出 口直徑 d 對噴嘴內(nèi)部流場的影響，引入空化模型，采 用兩相流模型分析噴嘴幾何結(jié)構(gòu)對噴嘴內(nèi)部流場空化 程度的影響規(guī)律。噴嘴外氣液兩相流流場分布規(guī)律， 建立歐拉質(zhì)量流量模型， 通過 FLU

5、ENT 軟件中的用戶 自定義程序?qū)⑵漶詈系竭B續(xù)性方程中， 解決 VOF 模型 不能很好模擬空氣卷吸過程的問題，仿真結(jié)果與相關(guān) 學(xué)者的實驗進行了對比，證實該模型的有效性，使用 該模型研究了噴嘴外自由流場的分布規(guī)律及射流沖擊 壁面的動壓分布規(guī)律，得出沖擊動壓的大小對清洗的 效果具有很大影響。不同壓力和不同靶距下射流打擊 力的變化規(guī)律，與仿真結(jié)果進行對比，進一步驗證上 述模型的有效性。高壓水射流清洗參數(shù)的選擇原則， 通過仿真結(jié)果與相關(guān)理論結(jié)合，獲得最佳靶距及最大 清洗寬度，分析了沖擊角度對射流流場沖擊動壓及壁 面切應(yīng)力的影響規(guī)律，提出了沖擊角度的選擇原則。 本課題對水射流噴嘴內(nèi)外流場的分布規(guī)律進行了

6、系統(tǒng) 的闡述，深入探討噴嘴幾何結(jié)構(gòu)對噴嘴內(nèi)流場影響、 噴嘴外氣液兩相流流場的分布規(guī)律及射流沖擊動壓的 分布規(guī)律，得出最佳靶距、沖擊動壓與清洗寬度的大 小，對噴嘴排列及清洗效率有著極其重要的作用，為 研究具體污垢的清洗及相關(guān)清洗參數(shù)的選擇提供理論 指導(dǎo)和技術(shù)支撐。結(jié)語世界清洗技術(shù)發(fā)展迅速，新的清洗方法、清洗技 術(shù)不斷出現(xiàn)，特別值得注意的是：從世界清洗技術(shù)專 利統(tǒng)計來看， 化學(xué)清洗只占 1/4，而大部分是物理清洗 方法。另高壓水射流清洗是高壓水射流應(yīng)用的一個重 要方面，作為一種獨特的清洗新技術(shù)，具有高能量密 度、良好的射流可控性與材料適應(yīng)性，能滿足各類清 洗工程的需要。與傳統(tǒng)的機械式、化學(xué)式清洗相

7、比， 具有廣泛的通用性和相對環(huán)境無害性等獨特優(yōu)點。隨 著社會環(huán)保意識的增強，水射流清洗技術(shù)的應(yīng)用倍受 關(guān)注，前景十分廣闊。噴嘴是高壓水射流成套設(shè)備的 核心，是形成水射流工況的直接元件，它所造成的結(jié) 果直接影響到系統(tǒng)的各個部分。實際上，研究出性能 良好、材料適宜又與主機匹配的噴嘴，將極大地提高 射流效率。盡管噴嘴型式很多，但出于性能和加工的 綜合考慮，工程上實際上應(yīng)用的大多是圓柱形噴嘴和 圓錐形噴嘴。為了研究噴嘴幾何參數(shù)對射流流場性能 的影響，文章首先采用計算流體力學(xué)的原理，依照計 算前處理的次序介紹了數(shù)值模型的建立、網(wǎng)格劃分、 邊界條件和初始條件的設(shè)定、計算控制參數(shù)設(shè)定等。 并采用軟件中的混合

8、模型對射流流場的速度、壓力、 介質(zhì)等物理量進行了兩相流動的數(shù)值模擬研究。在邊 界條件和初始條件相同的情況下，分別改變圓錐形噴 嘴和圓柱形噴嘴的圓錐段收縮角、噴嘴出口直徑、噴 嘴長度、圓柱形噴嘴的長徑比，用軟件對兩種噴嘴射 流的速度衰減特性進行了模擬和分析，從而得出最佳 的噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)。高壓水射流技術(shù)發(fā)展迅速，并廣泛 的應(yīng)用于工業(yè)清洗、除銹、切割等方面。高壓水射流 清洗技術(shù)因其無污染、成本低、應(yīng)用廣而備受人們重 視。為了更加有效應(yīng)用高壓水射流進行表面清洗，高 壓水射流清洗技術(shù)的優(yōu)點、清洗原理、清洗參數(shù)的確 定、高壓水系統(tǒng)裝置的組成，為更好地應(yīng)用高壓水射 流提供了設(shè)計依據(jù)。參考文獻1 魏強，王大冶，戴雙春 . 高壓水射流技術(shù)在高 校公寓下水管道清洗中的應(yīng)用J.中國給水排水.2009 （06）2 魏強，王大冶，戴雙春 .高校公寓熱水管道系統(tǒng)的清洗工程設(shè)計J.給水排水.2008 (07)3 魏強，王大冶，戴雙春 .高校公寓