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液态二氧化碳射流相变特征及对切割效率的研究
| 论文题名： | 液态二氧化碳射流相变特征及对切割效率的研究 |
| 关键词： | 化危品船舶事故;应急处置;液态二氧化碳射流;相变特征;切割效率 |
| 摘要： | 随着国家经济和航运业的蓬勃发展，化危品船舶事故的风险提升，高效安全的化危品船舶事故应急处置技术需求迫切。目前，液态CO2射流切割因其冷态切割效率高、无残留、低风险的技术优势而逐渐受到关注。但是其切割过程的相变特征、切割效率的研究相对较少，为了更好了解液态CO2射流切割技术的关键参数和解决技术研发的部分问题，本文采用FVM方法和SPH方法，运用FLUENT软件和LS_DYNA软件，对液态CO2射流和水射流的相变特征和切割效率进行了数值模拟，并用实测值进行了模型验证，主要结论如下： 1.对比和分析了液态CO2射流和水射流的气体质量分数分布、迹线分布、温度分布、压强分布、速度分布。与水射流相比，液态CO2射流的相变过程迥异，粒子扩散程度和水射流大不相同，液态CO2射流刚出喷嘴瞬间，液态二氧化碳压力骤降，相变比水更加剧烈，并且在远端的扩散更大，如船锚状；而水射流产生的相变气体逐渐稀薄，呈现出近多远少的现象，呈孔雀翎状。并且和水射流温度差异明显，同等初始压力下液态CO2射流的总压和射流核心区轴向速度均高于水射流。 2.以射流压力、靶距、喷嘴直径为因素，在各参数的常见范围内对比液态CO2射流和水射流加工金属材料的切割效率，和水射流相比，液态CO2射流的切割效率均较高：在30MPa-45MPa范围内，平均每升高5MPa，液态CO2射流切割效率提升16.6%，水射流切割效率提升14.4%；在5mm-8mm范围内在6mm处时间差最小，为6.8ms；在3mm-6mm喷嘴直径范围内，直径为6mm时液态CO2射流和水射流的切割效率分别为3.821m·s-1、3.416m·s-1。 研究针对海上事故救援中液态二氧化碳应急切割的应用场景，通过耦合FVM方法和SPH方法对液态CO2射流和水射流进行数值模拟，分析液态二氧化碳射流的相变特征，研究液态二氧化碳射流切割船体Q235钢的物理破坏过程和不同控制参数的效率提升关系，对比液态二氧化碳射流切割和水射流切割的差异，为处置海上船舶危化品燃烧事故的应急措施提供技术支撑。 |
| 作者： | 何林漪 |
| 专业： | 水利工程;水利水电工程 |
| 导师： | 付旭辉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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