Численное моделирование сверхнизкотемпературного воздействия на гидроабразивные фокусирующие трубки

Гидроабразивная резка — универсальный метод обработки конструкционных материалов, широко применяемых в различных отраслях промышленности. Исследование перспективных модификаций технологического процесса ультраструйной обработки с целью повышения эффективности является актуальной задачей. Изучена возможность захолаживания фокусирующей трубки при ультраструйной обработке для повышения эрозионной устойчивости струеформирующих элементов путем формирования защитной ледяной пленки. Предложена перспективная конструкция двухконтурного спирального теплообменника для лучшего отвода теплоты от элементов гидроабразивной установки, подверженных эрозионному износу. Рассмотрена краевая задача криогенного теплообмена и теплового баланса. Приведены результаты математического моделирования криогенного охлаждения фокусирующей трубки методом конечных элементов в специализированной программной среде для двух различных конструкций теплообменников. Достигнуто существенное улучшение градиента температур материала фокусирующей трубки по сравнению с конфигурационным аналогом теплообменника. Значительно снижен перепад температур в материале фокусирующей трубки двухконтурного спирального теплообменника по сравнению с таковым в аналоге.
EDN: BLQZVW, https://elibrary/blqzvw

Литература

[1] Тарасов В.А., Галиновский А.Л., Елфимов В.М. Минимизация технологической себестоимости гидроабразивного резания с учетом стоимостных и технологических параметров процесса обработки. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2011, № 4, с. 46–53, doi: http://dx.doi.org/10.18698/0536-1044-2011-4-46-53

[2] Jegaraj J.J.R., Babu N.R. A soft computing approach for controlling the quality of cut with abrasive waterjet cutting system experiencing orifice and focusing tube wear. J. Mater. Process. Technol., 2007, vol. 185, no. 1–3, pp. 217–227, doi: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2006.03.124

[3] Galinovskiy A.L., Izotov N.A. An experimental study of hydroerosion of surface of a chill metal under the influence of an abrasive-liquid ultra-jet. AIP Conf. Proc., 2021, vol. 2318, art. 150013, doi: https://doi.org/10.1063/5.0035803

[4] Yuvaraj N., Pradeep Kumar M. Cutting of aluminium alloy with abrasive water jet and cryogenic assisted abrasive water jet: a comparative study of the surface integrity approach. Wear, 2016, vol. 362–363, pp. 18–32, doi: https://doi.org/10.1016/j.wear.2016.05.008

[5] Изотов Н.А., Галиновский А.Л., Янко М.А. Математическое моделирование криогенного охлаждения струеформирующего соплового элемента установки для гидроабразивной резки. МашТех 2022. Инновационные технологии, оборудование и материальные заготовки в машиностроении. Сб. тр. межд. науч.-тех. конф. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2022, с. 196–197. EDN NJESGV.

[6] Золотоносов Я.Д., Вачагина Е.К., Крутова И.А. и др. Современные змеевиковые аппараты, перспективы их развития и теория расчета. Вестник Казанского государственного энергетического университета, 2021, т. 13, № 1, с. 52–65.

[7] Барзов А.А., Галиновский А.Л., Изотов Н.А. Способ гидроабразивной резки и устройство для его осуществления. Патент РФ 2744633. Заявл. 25.08.2020, опубл. 12.03.2021.

[8] Колпаков В.И., Илюхина А.А. Физико-математическое моделирование функционирования струеформирующего тракта гидроабразивной установки. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2021. 36 с.

[9] Камалов Т.В., Колпаков В.И. Влияние геометрии струеформирующего канала на параметры гидроабразивной обработки. XLVII Академические чтения по космонавтике. Т. 3. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2023, с. 412–413. EDN AHQNDT

[10] Абашин М.И., Герасимова А.М., Вдовин А.А. Импортозамещающие технологии производства расходных элементов гидроструйного оборудования, применяемого для обработки материалов ракетно-космической техники. Инженерный журнал: наука и инновации, 2016, № 9, doi: http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2016-9-1529

[11] Варавка В.Н., Кудряков О.В., Грищенко В.И. Аспекты теплозащиты машиностроительного и энергетического оборудования: применение стойких к оксидированию комбинированных покрытий на основе никеля. Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don), 2023, т. 23, № 2, с. 140–154, doi: https://doi.org/10.23947/2687-1653-2023-23-2-140-154

[12] Котовский В.Н. Теплопередача. Москва, МГТУ ГА, 2015. 73 с.

[13] Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. Москва, Мир, 1979. 392 с.

[14] Бруяк В.А., Фокин В.Г., Солдусова Е.А. и др. Инженерный анализ в ANSYS Workbench. Ч. 1. Самара, СамГТУ, 2010. 271 с.

[15] Пронин В.А., Жигновская Д.В., Цветков В.А. Введение в расчетную платформу Ansys Workbench. Санкт-Петербург, ИТМО, 2019. 46 с.

[16] Мурашов И.Д., Петраков С.А. Устройство для гидроабразивной резки. Патент РФ 2393077. Заявл. 25.06.2009, опубл. 27.06.2010.

[17] Кириченко Ю.А., Козлов С.М., Русанов К.В. и др. Теплообмен при кипении азота и вопросы охлаждения высокотемпературных сверхпроводников. Киев, Наукова Думка, 1992. 277 с.

[18] Коркодинов Я.А. Обзор семейства K–? моделей для моделирования турбулентности. Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение, 2013, т. 15, № 2, с. 5–16.

[19] Perzel V., Flimel M., Krolczyk J. et al. Measurement of thermal emission during cutting of materials using abrasive water jet. Thermal Science, 2017, vol. 21, no. 5, pp. 2197–2203.