航空发起机积炭清洗大多以清洗剂泡洗、高温烧结、超声波清洗和手工打磨技术为主。清洗剂泡洗是应用化学药剂浸泡积炭部件，经过化学反响使得积炭零落，该办法主要针对叶片等小零件；高温烧结主要针对熄灭室喷嘴等零件，但效果不佳、耗时长、能耗高；超声波办法可去除一些体积较小的零部件，耗时长且不能以部件状态清洗。发起机修理装配现场的积炭清洗目前还停留在手工打磨与清洗剂并用的办法，通常需求2～3人耗时3天才干完成。总之，以上办法存在功用单一、设备昂贵能耗高、清洗耗时长和清洁度不高等缺陷。而在汽车、核工业及轨道交通范畴普遍应用的干冰射流清洗技术去除污染物，通用性强且具有良好的经济效益。创新团队从理论、仿真与实验等方面探求了干冰清洗作用机理，开发出适用于航空发起机零部件积炭清洗的工艺办法，并将该技术应用至发起机的修理中。

干冰射流清洗技术也称为干冰冷放射清洗技术，是一种以干冰微粒的碰撞、高速气流吹扫作用为主的动力学过程，以液态二氧化碳溶解作用为主的化学过程，以热冲击作用、升华作用为主的热力学过程等共同作用的清洗办法，

撞击、吹扫作用

干冰微粒随同紧缩空气由喷枪放射至零件外表，撞击污染物时发作的动量转移，克制了污染物与零件外表的黏结力；过程中的热交流使得污垢层遇冷后急剧收缩、变脆及龟裂，在高速气流的吹扫下易肃清。

液态二氧化碳的溶解作用

干冰微粒与污染物接触后，二氧化碳微粒放射流变成了气体、液体、固体三相共存的体系，其中液相二氧化碳是有机污垢的最好溶剂，使得有机污垢愈加容易溶解。

热冲击作用

当干冰微粒射向外表时，由于干冰微粒升华使得气流温度霎时降低，因零件基体与污染物的热收缩系数不同，污染物的分离力降低，在低温作用下决裂成碎片，在气流的作用下被吹扫带走。

干冰微粒升华

当干冰暴露在常温常压（20℃，1atm）的环境下，干冰会吸热疾速收缩成气体。干冰微粒与污垢层发作撞击后疾速升华成二氧化碳气体，短时间内空间体积会霎时扩展898倍，细碎的干冰微粒进入污染物间隙后，体积霎时收缩，在一定水平上起到去除污染物的作用。工件外表层的污染物在发作弹性撞击及由于升华作用发作“微爆炸”后，零落的污染物在高速气流的吹扫作用下吹扫洁净，从而不会在工件外表留下其他杂质。

实验安装

干冰射流清洗系统主要包括干冰清洗机、空气紧缩机和储气罐等，如图2所示。干冰颗粒初始尺寸为长1～3mm、直径1mm。

仿真模型

应用Fluent软件对喷嘴流场及干冰颗粒运动停止仿真剖析，基于计算流体动力学停止数值模仿剖析，取得气体的速度场、压力场散布状况。干冰微粒放射过程实践上是一种两相运动，包含干冰颗粒的固相和紧缩空气的气流相。在连续的气流相中参加干冰颗粒，将会惹起气流的活动状态产生相应影响。运用Fluent软件模仿干冰颗粒运动轨迹，可看作是气体和干冰颗粒的气固两相流仿真。由于喷嘴内部和外部压力相差较大，会产生压力波和激波，采用二维模型可以很好地捕捉到轴线左近的压力动摇。

仿真结果剖析

应用Fluent剖析软件对干冰微粒的运动状况停止模仿仿真。首先待气相流场稳定，然后设置干冰微粒的相关参数，加载可形变部件模型（DPM），待残差收敛后，查看颗粒的运动轨迹及干冰微粒的速度散布状况。

干冰微粒经喷枪加速后，在射流空间中先呈汇集状态放射，然后呈发散状态放射，Fluent模仿喷嘴内部和外部气流流场速度散布云图及对称轴线速度变化曲线如图3所示，云图反映出喷嘴气体速度大小的差别。拉瓦尔喷嘴在出口外产生激波，构成了收缩波与激波相交和反射的现象，最大速度集中在5~15cm范围内，即干冰微粒放射清洗常用放射的间隔，此时喷嘴产生的气流照旧能坚持较高的速度，喷嘴会有更高的抛光清洗效率。

经过仿真能够看出，放射压力为0.7MPa时，干冰粒子的速度与放射间隔有较大关系，间隔喷嘴出口在5~15cm的间隔时，干冰微粒速度会在400~550m/s范围内变化。由干冰粒子的运动轨迹可知拉瓦尔喷嘴射流发散，当工作间隔在10 cm左近时清洗效率较高，因而在实践工艺中对放射间隔的控制尤为重要。

实验结果剖析

依据仿真计算的结果，干冰射流清洗积炭实验过程中的放射压力设为0.7MPa，放射角度为60°，放射间隔为10cm。结果显现，积炭在干冰射流的撞击下极易零落，仅需约11s的时间就能够把面积为62cm2的积炭肃清洁净，清洗效率达95%以上，比照清洗进程图，清洗前后效果明显，

资料属性剖析

创新团队对常见的航空发起机资料，如不锈钢、钛合金和高温合金，在干冰清洗前后的资料属性停止了剖析，以考证该技术的适用性。

从干冰射流清洗技术对样件外表形貌的影响来看，经过干冰射流清洗后，外表的加工痕迹和纹理明显减轻，外表质量得到改善；从粗糙度剖析结果来看，干冰清洗技术在去除积炭的同时，还可降低外表粗糙度，起到光整作用。值得留意的是，起到光整作用所需的时间远大于清洗积炭所需的时间，故在干冰射流清洗积炭过程中简直不会影响外表粗糙度；同时，创新团队对样件停止金相检查，清洗前后试样形貌分歧，均未见氧化、腐蚀特征，也未见晶间氧化现象。

应用考证

依据仿真、实验及资料属性剖析可知，干冰射流清洗技术积炭肃清效果好，且对资料无影响。创新团队随后对发起机零部件停止了干冰清洗积炭实践应用考证，清洗前后比照效果明显，同时对各零部件目视检查，外表均无明显损伤，

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