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淹没式自激振脉冲磨料水射流脉冲特性及切割试验研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外发展现状

1.2.1 水射流技术的发展概况

1.2.2 脉冲水射流技术的发展现状

1.2.3 磨料水射流技术的发展现状

1.2.4 自激振脉冲磨料水射流技术的发展现状

1.3 课题目标及研究内容

1.3.1 课题目标

1.3.2 主要研究内容

第2章 自激振脉冲磨料水射流的基本理论

2.1 引言

2.2 自激振脉冲射流的产生原理

2.2.1 管系水锤现象

2.2.2 水锤压力计算

2.3 磨料水射流的产生原理

2.3.1 磨料水射流的分类

2.3.2 磨料粒子的混合加速机理

2.4 自激振脉冲磨料水射流的发生装置

2.5 自激振脉冲射流频率特性研究

2.5.1 流体网络理论

2.5.2 赫姆霍兹式振荡腔的流体网络模型

2.6 自激振脉冲磨料水射流切割性能研究

2.6.1 自激振脉冲磨料水射流切割机理分析

2.6.2 自激振脉冲磨料水射流切割性能影响因素分析

2.7 本章小结

第3章 深海环境对自激振脉冲磨料水射流影晌的仿真分析

3.1 引言

3.2 深海环境对自激振脉冲磨料水射流的影响

3.3 FLUENT软件介绍

3.3.1 数值模拟基本方程

3.3.2 多相流模型及应用

3.4 喷嘴流场建模仿真

3.5 仿真结果及分析

3.6 本章小结

第4章 自激振脉冲射流动压测量实验

4.1 引言

4.2 自激振脉冲射流动压测量试验系统搭建

4.2.1 自激振脉冲射流动压测量试验系统介绍

4.2.2 组合式自激振脉冲喷嘴结构

4.2.3 测压试验台结构

4.3 实验方案及数据分析

4.4 本章小结

第5章 自激振脉冲磨料水射流切割实验

5.1 引言

5.2 执行机构的设计加工

5.2.1 设计目标

5.2.2 设计方案

5.2.3 执行机构的工作原理

5.2.4 执行机构的控制原理

5.3 自激振脉冲磨料水射流切割试验系统搭建

5.4 自激振脉冲磨料水射流切割试验研究

5.4.1 钢板切割试验

5.4.2 蜡板切割试验

5.4.3 试验结果总结

5.5 本章小结

结论

参考文献

致谢

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摘要

本文将自激振脉冲磨料水射流技术应用于深海环境下的沉船切割开孔,为提升我国海洋救助打捞装备水平具有重要意义。自激振脉冲磨料水射流技术是在自激振脉冲射流和磨料水射流的基础上发展而来的,它同时具有脉冲射流的脉冲特性和磨料水射流的破坏性。
  本文通过管系水锤现象分析了自激振脉冲射流产生脉动的根本原因是由于外界激励产生周期性的的压力扰动波;利用流体网络理论推导出赫姆霍兹式振荡腔腔体结构参数与自激振脉动频率之间的关系式;通过FLUENT软件仿真模拟了深海围压对自激振脉冲射流的流场的影响;搭建了自激振脉冲射流动压测量试验台,用于分析自激振脉冲喷嘴的结构参数和产生射流的水力参数对射流动压的影响;同时搭建了自激振脉冲磨料水射流切割试验系统,用于分析自激振脉冲磨料水射流的切割能力。
  通过理论研究、仿真分析和试验,本文得到以下结论:
  (1)赫姆霍兹振荡腔的固有频率与腔体结构参数有关。当射流在自激振腔体内产生的扰动波频率与腔体固有频率一致时,会产生大尺度的涡环结构,从而产生自激振脉冲射流。
  (2)通过仿真发现,自激振脉冲磨料水射流中各相的出口速度随深水围压的增大而减小,而且水相的速度比磨料相的速度要大。
  (3)通过试验发现,组合式自激振脉冲喷嘴产生的射流动压随时间呈周期性变化,组合式自激振脉冲喷嘴最佳的上下喷嘴直径比为1-1.33,自激振腔的长径比为0.66。
  (4)通过切割试验对比发现,磨料粒子对靶体的磨削作用占主要地位,同时磨料粒子对喷嘴的磨损十分严重,喷嘴材料有待提高。

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