高压水射流粉碎技术研究概况-宫维OK..docVIP

高压水射流粉碎技术研究概况 宫维 （天津科技大学海洋科学与工程学院，天津 300457） 摘要：本文从高压水射流粉碎机理、粉碎装置、主要粉碎方法以及其在工业上的应用情况等几方面对高压水射流粉碎技术研究概况进行了综述，并对高压水射流粉碎技术应用前景进行了展望。 关键词：高压水射流；水射流；粉碎； 中图分类号：????????? ? ? 文献标识码：??? ???????? ????? 文章编号： Outlines of Studies on Comminution Technology with High-pressure Water Jet Gong Wei (College of Marine Science and Engineering, Tianjin University of Science Technology, Tianjin 300457, China) Abstract: This article from the high-pressure water jet mill grounds, smashing equipment, as well as the main method to crush its industrial application, such as areas of high pressure water jet technology to crush research are reviewed, and high-pressure water jet technology to crush prospect. Keywords: high-pressure water jet; water jet; comminution 高压水射流粉碎技术是近年来发展起来的一门新的超细粉体制备技术。与传统的能耗大、效率低、成本高、污染严重的粉碎工艺相比，高压水射流粉碎技术具有设备简单、解离与分离特性良好、清洁、节能、高效的优点。目前，水射流粉碎技术已被应用于木材制浆、水煤浆、云母、原盐、等矿物的粉碎生产中。 高压水射流是以极高的速度和高度聚集的能量加载于被粉碎物料，加之在粉碎过程中通常可以形成的空化作用，使得物料的裂隙和解理面中产生压力瞬变而使物料发生解理破碎。由于高压水射流具有良好的解理性，因此采用这种粉碎技术，在降低粉碎能耗的同时，还可以制备高质量、高纯度、保持颗粒的原始结晶形状与表面光泽的超细粉体。高压水射流对物料的粉碎作用主要为水射流对颗粒冲击和水楔作用、颗粒相互之间以及颗粒与管壁之间的摩擦剪切作用、颗粒与靶物之间的冲击作用等。 1 水射流粉碎机理 高压水射流粉碎主要是冲击粉碎。颗粒在流体的加速作用下获得了一定的动能，在冲击粉碎中，颗粒的动能迅速转变为物料的变形功，产生较大的应力集中，导致物料粉碎，颗粒的动能最终转化为粉碎能。物料在冲击作用下，颗粒内部产生向四方传播的应力波，并在内部缺陷、裂纹、晶粒界面等处产生应力集中，使物料首先沿这些较弱面粉碎，而粉碎产品的内部微观裂纹和脆弱面的数目相对地减少，粉碎产品的强度较粉碎前物料的强度增大。颗粒在高压水射流的冲击作用下，所受的外力相当复杂，有水射流对颗粒的冲击作用和水楔作用，有颗粒相互之间以及颗粒与管壁之间的摩擦剪切作用，有颗粒与靶物之间的冲击作用等，这些作用都能引起颗粒粉碎，其中比较有代表性的观点主要有以下几种。 1.1 水射流对颗粒冲击和水楔作用粉碎机理 Mazurkiewicz M等认为[2]水射流的主要特点在于它的射束直径很小和高能的射束直接射向目标物。射流的高能量密度集中在一个很小的冲击区域内，这样横贯射流冲击区域的强烈压差导致微裂纹的产生和扩张。射流冲击目标时产生一个停滞压力，该停滞压力就是水射流的轴向动压： Ps = (1／2)ρwu2w (1) 式中： Ps —水射流滞留压力，MPa； ρw ——水射流密度，本文中指饱和盐水的密度，为1205kg/m3； u2w ——水射流速度，m／s。 实验中压力为25MPa的水射流经水喷嘴后流速达到200m／s，代人式(1)可得水射流的滞留P=24MPa。此压力把水压人原有的裂隙中，形成逐渐增大的稠密裂隙。停滞压力作用在颗粒上时会导致颗粒的“压缩粉碎”和“水楔粉碎”。压缩粉碎机理：被粉碎的颗粒由晶粒组成，在晶粒间的晶界上存在着原生孔隙、原生裂纹、杂质等缺陷。原生裂纹的长度与晶粒尺寸为同一数量级。当水射流的停滞压力超过颗粒的压缩强度时，颗粒就会粉碎。水楔粉碎机理：当水射流的压力低于压缩强度时，停滞压力虽然不能使颗粒压缩破坏，但能迫使水进入颗粒表面上的裂纹内，在裂纹内产生水楔作用。当水楔作用于裂纹表面的压力