自激振荡脉冲射流是利用水声学,流体动力学、流体共振和流体弹性学等原理发展起来的一种新型高效脉冲射流,通过自激即不需要外加激励源,靠流体本身在特殊的流体结构中产生自激振荡,将连续水射流转变为振荡脉冲射流。
图14-7为一个类似Helmhotz振荡器的自激振荡脉冲喷嘴。上游喷嘴中高速射流束的不稳定的微弱扰动即涡旋扰动,在穿过振荡腔内射流剪切层时,射流剪切层对其具有选择性的放大作用,逐步形成大尺寸的涡环结构,这些放大的涡环结构与振荡腔壁碰撞反射,产生不同频率的压力扰动波,其中一部分压力扰动波以声速向上游反射至分离区,引起新的分离和涡旋扰动,经过射流剪切层放大后再次与振荡腔壁碰撞;另一部分压力扰动波横向振荡往内波及射流核心反射,当其频率与振荡腔的固有频率相同或相近时,引起Helmhotz谐振,使得横向震荡波自激励放大,导致振荡腔内流体阻抗的脉动变化,使得压力和流量产生阶跃性变化,从而产生了自激振荡脉冲水射流。
在喷嘴中设置一个振子来使连续的水射流产生高频脉动。当一连串的射流脉冲冲击到涂层表面时,所产生的水锤作用使图层产生弹性或弹性变形,在喷枪控制阀和喷嘴之间的枪管部位设计了专门的振动腔。实验应用表明这种自激振荡脉冲射流在小于或等于69MPa压力和49L/min流量时,就可以达到210MPa超高压连续射流的除锈效果,除锈速度在0.66~23.2㎡/h。
强制脉冲水射流除锈的机理主要是,当一连串的射流脉冲冲击到涂层表面时,所产生的水锤作用使涂层产生弹性或弹塑性变形,在脆性图层上,大约7MPa的泵 所产生的脉冲冲击压力约为160MPa,该压力超过了涂层材料的强度而形成半球状的裂纹。再进一步的冲击下裂纹沿径向扩展到涂层和底漆接合面的底部,则水膜会进入裂纹并一层层地剥除涂层,当泵的压力进一步增加时(7MPa≤P≤34.5MPa),冲击力超过了基底材料和底漆的粘合力,这时射流不仅除去底漆,而且开始冲蚀基底材料。通过一系列试验,比较了连续水射流和脉冲水射流去除各种类型涂层的结果。由超声喷嘴所产生的高频(15kHz)脉冲水射流除漆的结论表明,对较坚硬的涂层(如汽车门上的防护漆)都可以被脉冲水射流在34.5MPa的压力下去除。在这个压力下,靶距和进给速度可达0.127和3.0m/min。通过喷嘴在被除漆表面的复合运动(如直线进给和旋转进给的复合等),可以显著增加除漆速度。采用适当的作业参数可得到有利于增加基底材料和涂层之间附着力的表面粗超度。
降低压力而又无需磨料进行除锈作业显然是新喷嘴技术的突破,但是这一技术(包括电磁脉冲技术)的共同缺点是适应的机组功率较小,它只能应用在55kw左右,也就是说虽然能除锈但效率不高,适用于小面积除锈作业,再者,这一技术还仅限于喷枪应用,成套性差。