摘要

作为一种新型清洗技术,干冰清洗机具有高效、适用范围广和无污染等特点,在模具、电力电子、石化和汽车行业有着广泛应用。然而,现在工业中使用的干冰清洗技术尚存在设备庞大、干冰利用率低、缺乏正确理论指导等问题,阻碍了干冰清洗技术的发展和应用。论文采用数值模拟和试验方法研究了喷嘴流场分布特性,通过清洗试验优化干冰清洗过程参数,并探讨了干冰清洗技术特性。 针对工业生产的干冰颗粒较大以及适用范围小问题,设计了干冰颗粒挤压装置,可制备直径1mm,长度0.5-10mm的柱状颗粒,此规格干冰颗粒能够对精密物件进行清洗,并有效提高了干冰颗粒的利用率；设计了双喉管式干冰清洗试验装置,解决了在干冰清洗工作过程中干冰颗粒容易堵塞问题,提高了干冰清洗效率。 通过Fluent软件数值模拟直筒型和文丘里型喷嘴内部流场,及其所喷射出气流的流场情况,得到了流体压力和速度分布规律。研究表明,在距离喷嘴出口较近处(15mm)文丘里型喷嘴气流平均速度大于直筒型喷嘴气流速度。当距离增加时,文丘里型喷嘴喷射气流速度比直筒型喷嘴喷射气流平均速度衰减快,当距离喷嘴出口95-170mm时,直筒型喷嘴喷射气流平均速度比文丘里型喷嘴的大。利用欧拉-拉格朗日方法模拟了不同喷嘴喷射颗粒运动情况,结果表明,直筒型喷嘴喷射颗粒集中在轴线附近,文丘里型喷嘴喷射颗粒较为发散,颗粒均匀分布在发散区域内。分别采用两种喷嘴进行清洗油漆板试验,试验结果验证了计算机仿真分析的正确性。 为优化干冰清洗过程参数,对喷漆钢板进行干冰清洗试验,通过观察干冰质量流量、喷射角度、工作距离和移动速度参数对干冰清洗效果的影响,得到最佳参数值；对6种不同污染物和喷漆铝板进行干冰清洗,试验结果表明,干冰清洗技术适合用来清洗有机物污垢或覆盖性污垢,且对清洗物表面损伤较小,可以清洗表面质量要求高或易损伤表面。

实验

           图.1干冰喷射去污实验系统

样品制备

将表面未被污染的通风管道制作成为223mm×335mm的长方形样品板（配合去污实验箱样品搁架尺寸），用于干冰喷射去污条件实验。选取某放化实验室存在放射性污染的通风管道，切割成适当大小，用于干冰喷射去污验证实验。

仪器设备

干冰制备系统：干冰产量大于30kg/h，可制备直径为3、4和5 mm的干冰颗粒，由干冰造粒机［8和杜瓦瓶组成。干冰喷射去污系统：最大喷射压力0.8 MPa，包括螺杆空压机、储气罐、气体过滤器、冷冻干燥机及干冰清洗机。干冰去污密闭实验箱：配备步进电机，带动喷嘴作一维平移运动，行走速度、靶距、入射角度可调。空气净化装置：JPZ 500型高效净化小车，中国辐射防护研究院研制，通过管道与干冰去污密闭实验箱相连，净化实验箱内气体。表面污染测量装置：FJ 2207型表面污染测量仪，262厂，仪器效率为35%。干冰喷射去污实验系统示意图如图1所示。