1. 研究目的与意义
国外对水射流除锈方面的研究主要集中在水射流的流场特性和材料的破除机理两个方面。
捷克学者L.M.Hlavac, I.M.Hlavacova[1]结合理论公式和试验，推导出了水射流在环境介质中的速度衰减的模型，结合1974年日本学者提出的经典水射流理论，指出水射流在环境介质中所分成的三段（初始段；基本段；消散段）中，初始段能量高，射流聚焦好，适用于切割；基本段能量稍小且射流半径相对较大，适用于除漆除锈、清洗作业；消散段已经不能维持射流的连续性，所以只能用于除尘作业。
Rajaratnam等人用喷嘴直径（D）分别为2mm，2.5mm，3mm的直线型聚焦喷嘴 进行试验。其中喷嘴出口速度（V）取值范围在 85m/s到160m/s之间。试验表明：靶距在100D 范围内，射流中心速度为常数且等于V。当距离大于100D时，射流中心速度呈直线衰减趋势，在250D时速度衰减为 0.25V[2]。随后，为了探究速度衰减的原因，Rajaratnam和Albert通过试验研究水射流中水相的体积分布。在中心线方向测量显示：靶距为 20D、100D、200D位置处，水相的体积分数依次衰减为 20%、5%、2%。试验表明：射流吸入大量空气是射流水相体积分数下降的主要原因。尽管他们没有进行压力测试，但是很显然，大量的空气吸入会导致中心速度急剧下降，传递到清洗表面的动量也会显著减小[3]。因此较大靶距下是不能进行有效的清洗的。 Shen[4]等研究了喷嘴锥角对水射流的初始速度和射流形态的影响，通过单因素试验观察水射流通过不同锥角喷嘴射出的射流状态和速度，发现当如图1所示锥角 α 等于 40°时，水射流初始速度最大，有利于进行切削和除锈。
2. 研究内容和问题
研究内容:
数值计算将模拟超高压水除锈机组实际工况，最大工作压力为300MPa，最大流量40L/min。
① 确定影响射流冲击性能的主要参数，根据主要参数对计算方案按照正交试验法进行设计；
3. 设计方案和技术路线
本课题的研究过程主要采用理论分析，结合参观已有产品实践调研，查阅相关手册和参考文献。
首先进行先期理论调研和新理论的补充学习。通过文献检索和查阅相关的文献资料，学习超高压水射流冲击除锈基本原理，了解超高压水射流喷嘴结构，学习数值计算相关知识。
然后，根据除锈要求，对射流流场进行网格划分，选择合适的湍流模型进行气液两相流模拟。在指导老师指导下，对数值计算结果进行分析，研究高压射流冲击力和流场分布规律。在其间，需同时完成开题报告和英文翻译。
4. 研究的条件和基础
1. 流体力学相关理论学习
2. 计算流体力学相关理论学习
3. 超高压水射流理论知识学习
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