Thermodynamical aspects of high-pressure water-ice jet formation

• Autorzy: Borkowski J. , Borkowski P. , Chomka G.

Warianty tytułu

PL

Termodynamiczne aspekty tworzenia wysokociśnieniowej strugi wodno-lodowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Theoretical analysis of thermodynamical conditions of water-ice jet formation is presented. It was assumed that ice material constitutes the model of grain made of ball-shaped particles of crushed ice H2O of different sizes. The conditions of transport of such “ice abradant” to the cryo-sprinkler and of pre-cooling of high-pressure water jet in the cryogenic technological plant are thoroughly analysed. This study is aimed at establishing main directions of research undertaken in order to construct experimental devices allowing formation of an effective water-ice jet. This work will make the jet increasingly erosive and will by the same token make a cutting tool more efficient.

PL

Usuwanie z powierzchni technicznych różnego rodzaju zanieczyszczeń stanowi czasami istotny problem. Do skutecznego czyszczenia stosuje się obecnie metody oparte na wykorzy-staniu wysokociśnieniowej strugi wody domieszkowywanej często ziarnami ściernymi czy cząstkami lodu bądź wysokociśnieniową strugę kriogeniczną, jak np. struga ciekłego azotu lub amoniaku. Ostatnio szczególne zainteresowanie budzi metoda czyszczenia strumieniem ziaren lodu, w tym również obróbka powierzchniowa wysokociśnieniową strugą wodno-lodową. Skuteczność takiej obróbki istotnie zależy od temperatury końcowej ziarna lodu, która powinna być jak najniższa. Dzięki temu bowiem wzrasta skuteczność erozyjna strugi wodno-lodowej, a tym samym i wydajność obróbki. Aby określić temperaturę cząstek lodu, posłużono się modelem nieustalonego przewodzenia ciepła w układzie o małym oporze cieplnym. Na tej podstawie przeprowadzono termodynamiczną analizę strugi wodno-lodowej, której wyniki pozwoliły określić przydatność ziaren lodu w procesie czyszczenia. Opierając się na analizach teoretycznych, stwierdzono, że początkowa temperatura ziaren lodu jest czynnikiem najsilniej oddziałującym na ich temperaturę końcową. Następnymi w kolejności pod względem wielkości wpływu na końcową temperaturę ziaren lodu jest ich wielkość oraz długość strugi wodno-lodowej między tryskaczem a materiałem obrabianym. Mniejszy wpływ na temperaturę końcową wywiera temperatura wody, a następnie ciśnienie wody, które oddziałuje na prędkość strugi, a więc i na czas ,,podgrzewania” ziaren lodu. W małym zaś stopniu na temperaturę końcową ziaren lodu wpływa temperatura powietrza, a w najmniejszym stopniu – długość przewodu ssawnego. Wszystko to jest istotne, aby poprawnie skonstruować eksperymentalną instalację technologiczną przeznaczoną do wytwarzania strugi wodno-lodowej, a także efektywnie ją stosować.

Słowa kluczowe

EN

high-pressure water-ice jet; thermodynamical analysis; temperature of ice grains

PL

obróbka mechaniczna; analiza termodynamiczna; lód

• Wydawca: Springer ; Wrocław University of Science and Technology
• Czasopismo: Archives of Civil and Mechanical Engineering
• Rocznik: 2002
• Tom: Vol. 2, no 1
• Strony: 35--46
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Borkowski J.

• Technical University of Koszalin, Racławicka 15–17, 75-620 Koszalin

autor

Borkowski P.

• Technical University of Koszalin, Racławicka 15–17, 75-620 Koszalin

autor

Chomka G.

• Technical University of Koszalin, Racławicka 15–17, 75-620 Koszalin

Bibliografia

• [1] Borkowski J., Borkowski P.: Chosen issues of creation and application of high-pressure water-ice jet, Int. Conf. on Water Jet Machining, Cracow, 2001, pp. 127–140.
• [2] Borkowski J., Borkowski P., Czyżniewski A., Lenz Z.: Badania możliwości stosowania kriogenicznego wysokociśnieniowego strumienia płynu jako potencjalnego narzędzia erozyjnego, I Forum Prac Badawczych: Kształtowanie części maszyn przez usuwanie materiału, Koszalin, 1994, s. 288–298.
• [3] Galecki G., Vickers G.W.: The development of ice-blasting for surface cleaning, Proc. of the 6th International Symposium on Jet Cutting Technology, Surrey, U. K., 1982, paper B-3, pp. 59–78.
• [4] Geskin E.S., Tismenetskiy L., Li F., Meng P., Shishkin D.: Investigation of icejet machining, Proc. of the 9th American Water Jet Conference. Vol. I, Dearborn, Michigan, 1997, pp. 281–290.
• [5] Hashish M., Dunsky C.M.: The Formation of Cryogenic and Abrasive-Cryogenic Jets, Proc. of the 14th International Conference on Jetting Technology, Brugge, Belgium, 1998, pp. 329–343.
• [6] Kiyohashi H., Hanada K.: A study of production of ice particles by the heat of vaporization of cryogenic liquefied fuels and their application in ice jets, and so on, Proc. of the International Symposium on New Applications of Water Jet Technology, Ishinomaki, Japan, 1999, pp. 51–60.
• [7] Kiyohashi H., Kobayashi R., Hanada K.: Numerical simulations of growth of ice particles for ice abrasive jets, Proc. of the 4th Pacific Rim Int. Conf. on Water Jet Technology, Shimizu, Japan, 1995, pp. 175–186.
• [8] Li F., Geskin E.S., Tismenetskiy L.: Development of ice jet machining technology, Proc. of the 8th American Water Jet Conference. Vol. II, Huston, Texas, 1995, pp. 671–680.
• [9] Li F., Geskin E.S., Tismenetskiy L.: Development of icejet machining technology, Proc. of the 13th International Conference on Jetting Technology, Sardinia, 1996, pp. 725–734.
• [10] Liu H.T., Fang S., Hibbard C., Maloney J.: Enhancement of ultrahigh-pressure technology with LN2 cryogenic jets, Proc. of the 10th American Waterjet Conference. Vol. I, Huston, Texas, 1999, pp. 297–313.
• [11] Shishkin D. V., Geskin E. S., Goldenberg B.: Development of a technology for fabrication of ice abrasives, Proc. of the 2001 WJTA American Waterjet Conference, Minneapolis, Minnesota, 2001, paper No. 27.
• [12] Spur G., Uhlmann E., Elbing F.: Experimental research on cleaning with dry-ice blasting, International Conference on Water Jet Machining “WJM ‘98”, Cracow, 1998, pp. 37–45.
• [13] Spur G., Uhlmann E., Elbing F.: Dry-ice blasting for cleaning: process, optimization and application, Wear, Vol. 233–235, 1999, pp. 402–411.
• [14] Truchot P., Mellinger P., Duchamp R., Kim T.J., Ocampo R.: Development of a cryogenic waterjet technique for biomaterial processing applications, Proc. of the 6th American Water Jet Conference, Huston, Texas, 1991, pp. 473–480.