Наукові основи гідромеханічних процесів абразивоструменевого оброблення поверхонь

Abstract

Дисертацію присвячено вирішенню важливої наукової проблеми підвищення ефективності абразивоструменевого оброблення поверхонь шляхом розроблення науково-теоретичних основ процесу витікання газодисперсної суміші з робочих сопел різної геометрії, числового моделювання гідрогазодинаміки двофазного середовища, гідродинамічних явищ з отриманням візуалізацій течії, створенню нових, більш ефективних, конструкцій робочих сопел і пристроїв для чищення внутрішнього каналу артилерійського ствола, яким немає аналогів у світі, аналізу впливу геометричних і режимних параметрів сопла на ефективність роботи пневмоабразивних установок, створенню науково-теоретичних основ дії супутніх процесів тертя, втрат енергії та впливу зношення сопла. Уперше теоретично обґрунтовано підвищення ефективності робочого сопла пневмоабразивної установки за рахунок підвищення значень газодинамічних параметрів уздовж сопла; створено науково-теоретичні основи дослідження взаємодії абразивних елементів із газорідинним потоком, що дало змогу визначати робочі параметри повітряно-абразивної суміші в абразивоструменевому соплі; створено науково-теоретичні основи дослідження процесу витікання повітряно-абразивної суміші з робочого сопла пневмоабразивних установок; створено наукові основи теорії витікання двофазного потоку для дослідження процесів оброблення матеріалу пневмоабразивним обладнанням. Створено науково-теоретичні основи робочого процесу в робочому перфорованому соплі пневмоабразивної установки з урахуванням гідродинамічних сил і за умов накладання механічних коливань, на основі яких визначено коефіцієнт витрат робочого сопла та досліджено вплив геометричних і режимних параметрів на ефективність оброблення. Набули подальшого розвитку математичні моделі процесів течії робочого потоку в соплі Вентурі та застосування повітряного прошарку всередині сопла для зниження тертя дисперсної фази об стінки робочого сопла пневмоабразивної ежекторної установки. Визначено теоретичні основи оцінювання параметрів процесу витікання абразивоповітряних сумішей за умови накладання коливань зі змінними амплітудою та частотою. На основі одержаних закономірностей розширено методи досліджень процесів витікання через сопла як елементи гідравлічних пристроїв, ерозію оброблюваного матеріалу, механізм взаємодії абразивних частинок із робочим соплом та оброблюваною поверхнею. Розроблено пристрій для оброблення внутрішніх поверхонь довгих труб. Загалом дисертаційна робота спрямована на підвищення ефективності роботи абразивоструменевого сопла, енергоефективності абразивоструменевого обладнання, розроблення нових, більш ефективних його конструкцій і методів визначення робочих характеристик сопла. Одержані результати важливі для оборонної галузі, зокрема для виконання відновлювальних робіт пошкоджених споруд і техніки під час пожеж у військовий період, а також чищення внутрішніх каналів нарізних артилерійських знарядь.The dissertation is dedicated to solving an important scientific problem of increasing the efficiency of abrasive blasting of surfaces by developing scientific and theoretical foundations of the process of gas-dispersed mixture outflow from working nozzles of various geometries, numerical modeling of hydro-gas dynamics of a twophase medium, hydrodynamic phenomena with obtaining flow visualizations, creating new, more effective designs of working nozzles and devices for cleaning the internal channel of an artillery barrel, which have no analogues in the world, analyzing the influence of geometric and operating parameters of the nozzle on the efficiency of the operation of pneumatic abrasive installations, creating scientific and theoretical foundations of the action of accompanying friction processes, energy losses and the influence of nozzle wear. For the first time, the increase in efficiency is theoretically substantiated For the first time, theoretically substantiated the increase in efficiency of the working nozzle of the air-abrasive installation by increasing the values of gas-dynamic parameters along the nozzle; created scientific and theoretical foundations for the study of the interaction of abrasive elements with the gas-liquid flow, which allowed to determine the operating parameters of the air-abrasive mixture in the abrasive jet nozzle; created scientific and theoretical foundations for the study of the process of leakage of air23 abrasive mixture from the working nozzle of air-abrasive installations; created scientific foundations of the theory of leakage. The scientific and theoretical foundations of the working process in the working perforated nozzle of the air-abrasive machine were created, taking into account hydrodynamic forces and under conditions of imposed mechanical vibrations, based on which the consumption coefficient of the working nozzle of the machine was determined, and the influence of geometric and operating parameters on the processing efficiency was investigated. The mathematical models of the processes of the working stream flow in the Venturi nozzle and the use of an air gap inside the nozzle to reduce the friction of the dispersed phase against the walls of the working nozzle of the pneumatic abrasive ejector unit were further developed. The theoretical basis for estimating the parameters of the process of flowing abrasive-air mixtures has been created with variable amplitude and frequency. Based on the obtained regularities, the methods of studying the processes of nozzle flow, erosion of the processed material, and the mechanism of interaction of abrasive particles with the working nozzle , as hydraulic devices, and the surface to be treated were extended. A device for processing the internal surfaces of long pipes was developed. Generally, the DSc. research is aimed at improving the efficiency of the abrasive blasting nozzle, energy efficiency of abrasive blasting equipment, developing new, more efficient designs and calculation methods for determining the performance characteristics of the nozzle. The results obtained are important for the defense industry, including for the restoration of damaged structures and equipment during fires in wartime, as well as for cleaning the internal channels of rifled artillery.