高压无气喷涂是船厂外板喷涂主要使用的喷涂工艺方法。由于工人操作工艺的原因,手持喷枪进行喷涂容易产生较多的有毒漆雾且喷涂效率较低,使用喷涂机器人可以显著降低以上问题。国内外对喷涂机器人研究主要集中在附壁原理、搭载模式及轨迹规划等方面,对无气喷涂雾化效果及喷涂机器人漆雾防护回收技术的相关研究较少。针对此问题,本文对高压无气喷涂过程中的涂料雾化及漆雾回收过程开展研究,主要研究内容如下:(1)调研国内外已有外板喷涂机器人概念并分析其存在的优缺点,设计新概念爬壁喷涂机器人,从行走机构、功能模块及喷涂方法上提出新的解决方案,使得爬壁喷涂机器人概念进一步走向实用化。(2)建立喷嘴内腔体模型,分析0.43mm等效口径喷嘴内腔体的流动特性并与实验值进行对照分析。根据确定的计算模型计算船厂外板喷涂常用的等效口径为0.48mm及0.38mm喷嘴喷涂压力与质量流量之间的关系,为雾化及漆雾回收仿真研究提供计算参数。(3)借助fluent软件中离散相及Flat-Fan-Atomizer雾化喷嘴模型,研究涂料临界韦伯数及模型设置对雾化效果的影响。研究发现喷嘴长宽比设置对涂料雾化效果影响有限,临界韦伯数则能够表征涂料的雾化难度,临界韦伯数越大涂料的雾化难度越高,随着临界韦伯数的提高涂料索特尔直径增加且空气对涂料速度的减速效果下降。(4)分析不同雾化压力下的涂料雾化效果及不同喷涂参数下的沉积率,可以发现随着压力的提升涂料雾化效果越完全,单液滴的冲击动能显著下降且在喷涂矩形区域边缘部分偏低。涂料的沉积率也随着雾化压力的增加而增加,且涂层在靠近喷涂区域两侧更高一些,分布规律与近壁面液滴动能分布存在相关性。(5)初步拟定回收罩形式与尺寸,对其内部的漆雾运动特性进行仿真分析,发现漆雾沿垂直喷涂扇面方向冲击动能更高,回收难度更大。通过调整回收罩垂直扇面方向半长轴长度以及增加吸气面数量可以显著增加漆雾的回收效率,最终确定的漆雾回收罩设计方案可以达到83.4%以上的漆雾回收效率,满足工程需要。通过对无气喷涂雾化过程的数值模拟,本文进一步阐明了喷涂参数影响涂料雾化及沉积特性的规律,研究漆雾的运动特性并为漆雾回收罩的设计提供了指导。