自激振蕩脈沖射流是利用水聲學,流體動力學、流體共振和流體彈性學等原理發(fā)展起來的一種新型高效脈沖射流,通過自激即不需要外加激勵源,靠流體本身在特殊的流體結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生自激振蕩,將連續(xù)水射流轉(zhuǎn)變?yōu)檎袷幟}沖射流。
圖14-7為一個類似Helmhotz振蕩器的自激振蕩脈沖噴嘴。上游噴嘴中高速射流束的不穩(wěn)定的微弱擾動即渦旋擾動,在穿過振蕩腔內(nèi)射流剪切層時,射流剪切層對其具有選擇性的放大作用,逐步形成大尺寸的渦環(huán)結(jié)構(gòu),這些放大的渦環(huán)結(jié)構(gòu)與振蕩腔壁碰撞反射,產(chǎn)生不同頻率的壓力擾動波,其中一部分壓力擾動波以聲速向上游反射至分離區(qū),引起新的分離和渦旋擾動,經(jīng)過射流剪切層放大后再次與振蕩腔壁碰撞;另一部分壓力擾動波橫向振蕩往內(nèi)波及射流核心反射,當其頻率與振蕩腔的固有頻率相同或相近時,引起Helmhotz諧振,使得橫向震蕩波自激勵放大,導致振蕩腔內(nèi)流體阻抗的脈動變化,使得壓力和流量產(chǎn)生階躍性變化,從而產(chǎn)生了自激振蕩脈沖水射流。
在噴嘴中設置一個振子來使連續(xù)的水射流產(chǎn)生高頻脈動。當一連串的射流脈沖沖擊到涂層表面時,所產(chǎn)生的水錘作用使圖層產(chǎn)生彈性或彈性變形,在噴槍控制閥和噴嘴之間的槍管部位設計了專門的振動腔。實驗應用表明這種自激振蕩脈沖射流在小于或等于69MPa壓力和49L/min流量時,就可以達到210MPa超高壓連續(xù)射流的除銹效果,除銹速度在0.66~23.2㎡/h。
強制脈沖水射流除銹的機理主要是,當一連串的射流脈沖沖擊到涂層表面時,所產(chǎn)生的水錘作用使涂層產(chǎn)生彈性或彈塑性變形,在脆性圖層上,大約7MPa的泵 所產(chǎn)生的脈沖沖擊壓力約為160MPa,該壓力超過了涂層材料的強度而形成半球狀的裂紋。再進一步的沖擊下裂紋沿徑向擴展到涂層和底漆接合面的底部,則水膜會進入裂紋并一層層地剝除涂層,當泵的壓力進一步增加時(7MPa≤P≤34.5MPa),沖擊力超過了基底材料和底漆的粘合力,這時射流不僅除去底漆,而且開始沖蝕基底材料。通過一系列試驗,比較了連續(xù)水射流和脈沖水射流去除各種類型涂層的結(jié)果。由超聲噴嘴所產(chǎn)生的高頻(15kHz)脈沖水射流除漆的結(jié)論表明,對較堅硬的涂層(如汽車門上的防護漆)都可以被脈沖水射流在34.5MPa的壓力下去除。在這個壓力下,靶距和進給速度可達0.127和3.0m/min。通過噴嘴在被除漆表面的復合運動(如直線進給和旋轉(zhuǎn)進給的復合等),可以顯著增加除漆速度。采用適當?shù)淖鳂I(yè)參數(shù)可得到有利于增加基底材料和涂層之間附著力的表面粗超度。
降低壓力而又無需磨料進行除銹作業(yè)顯然是新噴嘴技術(shù)的突破,但是這一技術(shù)(包括電磁脈沖技術(shù))的共同缺點是適應的機組功率較小,它只能應用在55kw左右,也就是說雖然能除銹但效率不高,適用于小面積除銹作業(yè),再者,這一技術(shù)還僅限于噴槍應用,成套性差。