水射流切割机超高压系统特性及内部流动的研究

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超高压水射流技术是一门新型加工工艺,由于其具有高能、冷态、点切割、无污染等独特的优点,在最近几十年里得到迅速的发展和推广并被越来越多的企业所接受。随着高压水压力的不断提高,系统压力波动问题成为制约其发展和推广的重要影响因素之一。本文在前人研究的基础上,对磨料式水射流切割机超高压系统中压力波动产生的原因及影响因素进行了分析,完成的主要工作及取得的成果如下:1、通过对增压器工作原理的分析,揭示了系统压力波动的产生机理,指出增压器的断续性供水是其产生的直接原因,而其波动大小取决于系统的压水时间和电液换向阀的响应时间。利用SIMULINK动态仿真软件包对整个超高压水射流系统进行动态仿真,揭示了不同增压器系统中压力波动的影响因素:单增压器系统中,系统压力波动受系统工作压力、增压比、换向时间、响应时间、蓄能器容积等因素的影响,而在多增压器系统中,系统压力波动不但受到以上因素的影响,还与延迟时间和增压器台数有关。2、根据空泡动力学基础,分析气泡在高压腔高频压变下的膨胀、压缩过程以及破裂情况,并得出其微分方程。从理论上分析出,增压器内部气体的存在将引起高压缸温度的升高。3、根据水的压缩性公式和牛顿第二定律,建立不同行程时间段增压器内部可动部件的运动微分方程,并通过MATLAB软件对其进行了数值求解,揭示出增压器在三个阶段的运动特性:整体呈现先作加速度不断减小的加速运动,接着作加速度不断增加的减速运动,最后作加速度不断减小的减速运动的规律。在行程中出现的最大速度,也远远大于整个行程的平均速度。实验部分验证了前面分析的合理性。4、运用UG NX4.0软件对增压器内部流道进行三维造型,利用FLUENT的动网格技术对高压腔压缩水和膨胀水的过程、不同介质的压缩过程进行了数值计算,揭示增压器内部流场的分布及压力波动与含气量的关系,计算结果表明:高压腔在压缩水过程中,水压呈有规律的梯度分布,而在膨胀水过程中,水压不再呈梯度分布;增压器内部含有气体,将延长增压器的压水时间,增大系统的压力波动。5、搭建增压器内部气液两相流特性研究的实验平台,通过压力传感器测量可得到不同含气量下的系统压力波动,通过实验发现:增压器内部含气量越高,增压器行程时间越短,压水时间越长,产生的压力波动量越大,高压缸的温升也越大。这与前面的分析基本一致。
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