空化磨料水射流理论及在粉体超细粉碎的应用研究

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本研究从理论上探讨了水射流超细粉碎的机理,建立了粉体颗粒的高速撞击数学模型.得出最大撞击应力仅与压力的0.2次方成正比,且与颗粒的直径没有关系的结论.由此可以解释为什么在非金属粉体的超细粉碎过程中,单次粉碎的粒度细化增长缓慢,而且多次重复粉碎的效果也不明显,达到一定粉碎次数以后几乎不再有效果.基于这一结论,本论文提出了一种新型的水射流--空化磨料水射流,就是在普通磨料水射流的基础上诱导空化现象.利用空化磨料水射流进行非金属粉体的超细粉碎,可以充分利用碰撞、空化和剪切三方面的作用,尤其是大量的空化气泡先后溃灭,对粉体颗粒产生了高频冲击,从而达到较好的粉碎效果.本论文设计加工了一套空化磨料水射流系统,对云母粉进行了一系列的超细粉碎实验.实验结果表明,在同等条件下,粉体粒度的细化速度在使用空化喷嘴时更快一些.在35Mpa压力下,使用普通喷嘴经过三次粉碎后,10μm以下的颗粒体积含量为61.4﹪;而使用空化喷嘴则达到77.8﹪.方差分析结果表明,喷嘴结构的影响远比压力等级的影响显著,也就是说,在云母的超细粉碎过程中,空化作用是一个主要的因素.此外,方差分析结果还表明,粉体的粒度越细,压力等级的影响将越小.这一实验结果也验证了理论分析的结论.
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