航空發(fā)起機積炭清洗大多以清洗劑泡洗、高溫?zé)Y(jié)、超聲波清洗和手工打磨技術(shù)為主。清洗劑泡洗是應(yīng)用化學(xué)藥劑浸泡積炭部件，經(jīng)過化學(xué)反響使得積炭零落，該辦法主要針對葉片等小零件；高溫?zé)Y(jié)主要針對熄滅室噴嘴等零件，但效果不佳、耗時長、能耗高；超聲波辦法可去除一些體積較小的零部件，耗時長且不能以部件狀態(tài)清洗。發(fā)起機修理裝配現(xiàn)場的積炭清洗目前還停留在手工打磨與清洗劑并用的辦法，通常需求2～3人耗時3天才干完成。總之，以上辦法存在功用單一、設(shè)備昂貴能耗高、清洗耗時長和清潔度不高等缺陷。而在汽車、核工業(yè)及軌道交通范疇普遍應(yīng)用的干冰射流清洗技術(shù)去除污染物，通用性強且具有良好的經(jīng)濟效益。創(chuàng)新團隊從理論、仿真與實驗等方面探求了干冰清洗作用機理，開發(fā)出適用于航空發(fā)起機零部件積炭清洗的工藝辦法，并將該技術(shù)應(yīng)用至發(fā)起機的修理中。

干冰射流清洗技術(shù)也稱為干冰冷放射清洗技術(shù)，是一種以干冰微粒的碰撞、高速氣流吹掃作用為主的動力學(xué)過程，以液態(tài)二氧化碳溶解作用為主的化學(xué)過程，以熱沖擊作用、升華作用為主的熱力學(xué)過程等共同作用的清洗辦法，

撞擊、吹掃作用

干冰微粒隨同緊縮空氣由噴槍放射至零件外表，撞擊污染物時發(fā)作的動量轉(zhuǎn)移，克制了污染物與零件外表的黏結(jié)力；過程中的熱交流使得污垢層遇冷后急劇收縮、變脆及龜裂，在高速氣流的吹掃下易肅清。

液態(tài)二氧化碳的溶解作用

干冰微粒與污染物接觸后，二氧化碳微粒放射流變成了氣體、液體、固體三相共存的體系，其中液相二氧化碳是有機污垢的最好溶劑，使得有機污垢愈加容易溶解。

熱沖擊作用

當(dāng)干冰微粒射向外表時，由于干冰微粒升華使得氣流溫度霎時降低，因零件基體與污染物的熱收縮系數(shù)不同，污染物的分離力降低，在低溫作用下決裂成碎片，在氣流的作用下被吹掃帶走。

干冰微粒升華

當(dāng)干冰暴露在常溫常壓（20℃，1atm）的環(huán)境下，干冰會吸熱疾速收縮成氣體。干冰微粒與污垢層發(fā)作撞擊后疾速升華成二氧化碳氣體，短時間內(nèi)空間體積會霎時擴展898倍，細碎的干冰微粒進入污染物間隙后，體積霎時收縮，在一定水平上起到去除污染物的作用。工件外表層的污染物在發(fā)作彈性撞擊及由于升華作用發(fā)作“微爆炸”后，零落的污染物在高速氣流的吹掃作用下吹掃潔凈，從而不會在工件外表留下其他雜質(zhì)。

實驗安裝

干冰射流清洗系統(tǒng)主要包括干冰清洗機、空氣緊縮機和儲氣罐等，如圖2所示。干冰顆粒初始尺寸為長1～3mm、直徑1mm。

仿真模型

應(yīng)用Fluent軟件對噴嘴流場及干冰顆粒運動停止仿真剖析，基于計算流體動力學(xué)停止數(shù)值模仿剖析，取得氣體的速度場、壓力場散布狀況。干冰微粒放射過程實踐上是一種兩相運動，包含干冰顆粒的固相和緊縮空氣的氣流相。在連續(xù)的氣流相中參加干冰顆粒，將會惹起氣流的活動狀態(tài)產(chǎn)生相應(yīng)影響。運用Fluent軟件模仿干冰顆粒運動軌跡，可看作是氣體和干冰顆粒的氣固兩相流仿真。由于噴嘴內(nèi)部和外部壓力相差較大，會產(chǎn)生壓力波和激波，采用二維模型可以很好地捕捉到軸線左近的壓力動搖。

仿真結(jié)果剖析

應(yīng)用Fluent剖析軟件對干冰微粒的運動狀況停止模仿仿真。首先待氣相流場穩(wěn)定，然后設(shè)置干冰微粒的相關(guān)參數(shù)，加載可形變部件模型（DPM），待殘差收斂后，查看顆粒的運動軌跡及干冰微粒的速度散布狀況。

干冰微粒經(jīng)噴槍加速后，在射流空間中先呈匯集狀態(tài)放射，然后呈發(fā)散狀態(tài)放射，F(xiàn)luent模仿噴嘴內(nèi)部和外部氣流流場速度散布云圖及對稱軸線速度變化曲線如圖3所示，云圖反映出噴嘴氣體速度大小的差別。拉瓦爾噴嘴在出口外產(chǎn)生激波，構(gòu)成了收縮波與激波相交和反射的現(xiàn)象，最大速度集中在5~15cm范圍內(nèi)，即干冰微粒放射清洗常用放射的間隔，此時噴嘴產(chǎn)生的氣流照舊能堅持較高的速度，噴嘴會有更高的拋光清洗效率。

經(jīng)過仿真能夠看出，放射壓力為0.7MPa時，干冰粒子的速度與放射間隔有較大關(guān)系，間隔噴嘴出口在5~15cm的間隔時，干冰微粒速度會在400~550m/s范圍內(nèi)變化。由干冰粒子的運動軌跡可知拉瓦爾噴嘴射流發(fā)散，當(dāng)工作間隔在10 cm左近時清洗效率較高，因而在實踐工藝中對放射間隔的控制尤為重要。

實驗結(jié)果剖析

依據(jù)仿真計算的結(jié)果，干冰射流清洗積炭實驗過程中的放射壓力設(shè)為0.7MPa，放射角度為60°，放射間隔為10cm。結(jié)果顯現(xiàn)，積炭在干冰射流的撞擊下極易零落，僅需約11s的時間就能夠把面積為62cm2的積炭肅清潔凈，清洗效率達95%以上，比照清洗進程圖，清洗前后效果明顯，

資料屬性剖析

創(chuàng)新團隊對常見的航空發(fā)起機資料，如不銹鋼、鈦合金和高溫合金，在干冰清洗前后的資料屬性停止了剖析，以考證該技術(shù)的適用性。

從干冰射流清洗技術(shù)對樣件外表形貌的影響來看，經(jīng)過干冰射流清洗后，外表的加工痕跡和紋理明顯減輕，外表質(zhì)量得到改善；從粗糙度剖析結(jié)果來看，干冰清洗技術(shù)在去除積炭的同時，還可降低外表粗糙度，起到光整作用。值得留意的是，起到光整作用所需的時間遠大于清洗積炭所需的時間，故在干冰射流清洗積炭過程中簡直不會影響外表粗糙度；同時，創(chuàng)新團隊對樣件停止金相檢查，清洗前后試樣形貌分歧，均未見氧化、腐蝕特征，也未見晶間氧化現(xiàn)象。

應(yīng)用考證

依據(jù)仿真、實驗及資料屬性剖析可知，干冰射流清洗技術(shù)積炭肅清效果好，且對資料無影響。創(chuàng)新團隊隨后對發(fā)起機零部件停止了干冰清洗積炭實踐應(yīng)用考證，清洗前后比照效果明顯，同時對各零部件目視檢查，外表均無明顯損傷，

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