امیرحسین محمودی

امروزه جت‌های آب و انواع آن به دلیل توانایی منحصر به فرد در برش و ماشین‌کاری، به طور گسترده در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. با توجه به کاربرد گسترده جت‌های آب در صنایع مختلف و عدم توجه به راندمان و بهبود فرآیند برش و ماشین‌کاری جت‌های آب، اهمیت انجام مدل‌سازی فرآیند برش جت آب و تعیین پارامتر‌های بهینه برای بهبود برش آشکار می‌شود. واحد تأمین جریان آب با فشار بالا و سر برشی دو بخش اصلی دستگاه‌های جت آب اند. جت‌های آب ساینده (AWJ) از متداول‌‌‌ترین انواع جت‌های آب هستند. جت آب ذره‌‌‌ای نوعی جت آب ساینده است که به‌‌جای ذرات ریز و پر تعداد ساینده، در آن از ذرات درشت با غلظت کم استفاده می‌‌‌شود. برای بررسی شکل برش مفاهیم عرض برش، پروفیل برش و زاویه مخروطی مطرح می‌‌‌‌شوند که زاویه مخروطی، مخروطی شدن شکل برش را تعیین می‌‌‌‌کند. در این پژوهش فرآیند برش سنگ توسط جت آب ذره‌ای به روش اجزاء محدود- هیدرودینامیک ذرات روان در نرم‌‌‌‌‌‌‌افزار LS-DYNA شبیه‌سازی شده است. از سویی فرآیند برش سنگ نیز پیچیده است، زیرا سنگ‌ها به عنوان مواد غیرهمگن و ناهمسانگرد عمل می‌‌‌‌کنند که با سایر مواد متفاوت اند. اثر پارامتر‌های سرعت، ‌زمان توقف، تغییر دبی و تغییر قطر ذرات ساینده بر عمق، حجم و مخروطی شدن برش سنگ‌های شیل و ‌‌‌‌ماسه‌‌‌‌سنگ بررسی شده است. نتایج عددی نشان می‌دهند که با افزایش سرعت، عمق و حجم برش ماسه‌سنگ و شیل افزایش و شکل برش نیز بهبود می‌یابد. جت آب با زمان توقف بیشتر عمق و حجم برش بیشتری برای دو سنگ ایجاد می‌کند، همچنین با کاهش زاویه مخروطی شکل برش نیز بهبود می‌یابد. ماسه‌سنگ با مدول یانگ و مقاومت فشاری تک محوره کمتر، به طور میانگین 20 درصد عمق و 35 درصد حجم برش بیشتری نسبت به شیل دارد، ضمن اینکه شکل برش ماسه‌سنگ نیز از شیل بهتر است. با افزایش دبی ذرات ساینده تا یک مقدار مشخص، عمق و حجم برش با شیب ملایم افزایش یافته و بعد از آن بهبود چشم‌گیری در افزایش عمق و حجم برش مشاهده نمی‌شود. با افزایش قطر ساینده تا یک قطر معین، عمق و حجم برش زیاد شده و بعد از آن عمق و حجم برش ثابت مانده یا کاهش می‌یابد. این قطر معین برای ماسه‌سنگ در حدود 1 تا 25/1 و برای شیل 1 میلی‌متر بدست آمده است. بررسی برخورد ذرات نشان می‌دهد که بعد از برخورد جت دوفازی به سطح سنگ، ذرات به دو دسته نفوذی و برگشتی تقسیم می‌شوند. ذرات برگشتی بعد از تعامل مستقیم یا غیرمستقیم با سرعت ثابت از سطح سنگ دور می‌شوند، در حالی‌که ذرات نفوذی بعد از کاهش سرعت، باعث آسیب و برش سنگ می‌شوند. در انتها پیشنهادهایی برای توسعه مدل‌سازی جت‌های آب ارائه شده است.