空化射流效应的实验研究

在对空化射流实验研究的基础上,研究了提高射流冲蚀性能的基本参数。分析这些参数得出如下结论:最佳冲蚀效果的有效靶距直径比为6,最佳冲蚀时间为3min;空化射流深度冲蚀能力平均为普通射流深度冲蚀能力的2倍,空化射流切缝直径是普通射流切缝直径的2.3倍;空化射流有利于深孔与大孔的切割,但随着围压的增大,冲蚀能力减弱。

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中 国机 械 工 程 第 1 7卷第 1 3期 2 0 0 6年 7月 上 半 月

空化射 流效应 的实验研究 向文 英 李 晓红 卢 义 玉 李 倩 冯 欣艳 重 庆 大 学 , 庆 ,0 0 5 重 4 0 4 摘要 : 对空化射流 实验研 究的基础上 , 究 了提 高射流 冲蚀性 能的基本参数 。分 析这 些参 在 研 数得 出如下结论 : 最佳 冲蚀效 果的有 效靶距 直径 比为 6 最佳 冲蚀 时 间为 3 i ; , m n 空化射 流 深度 冲

蚀能力平 均为普通射 流深度 冲蚀 能力 的 2倍 , 空化射流切缝 直径是普 通射 流切 缝直径 的 2 3倍 ; . 空化射流 有利 于深孔 与 大孔 的切 割 , 随着围压的增 大 , 但 冲蚀 能力减弱 。 关键词 : 空化射 流 ; 冲蚀性 能 ; 最优靶距 ; 围压 中图分类号 : P 0 T 61 文章编 号 :O4 1 2 ( O 6 1— 1 8— 0 1 0— 3 X 2 0 )3 3 8 4

Ex e i na t d fDo n fc n Ca ia i ae e p rme tlS u y o mi o Efe to vttngW trJ t

Xin e yn L a h n L y L a F n n a a g W n ig i Xio o g u Yiu i Qin e gXiy n Ch n q n nv r iy,Ch n q n o g i g U ie st o g i g,4 0 4 005 Ab ta t I w a um ma ie ort eb sc p r m e e o i c e s h r so a a i t a e n t ee p r— sr c :t ss rz d f h a i a a t rt n r a e t e e o in c p bl y b s d o h x e i i m e s o a iai g wa e e . I s i dc td t a h e tr t fsa d f s a c o dime e s 6 ,a d nt fc vt tn tr jt twa n ia e h tt e b s a i o t n o fdit n e t a tr wa o n

t e b s r so i fc vt tn o zewa nu e . ep p r s o h tt e c p b l y o v r g e t h e te o i n tme o a ia i g n z l s 3 mi ts Th a e h ws t a h a a i t fa e a ed p h i

o r s n frc vtt g wae t s2t sta o f o i o a i i tr j i h nc mmo trjt n h imee feo in i 2 3t s e o an i e me n wae e ,a dt eda tro r s s . i o me t a o h nc mmo tr e .I i g o o e pn n agn r ieeo in.I o tat h r so a a it nwae t t s o dfrd e iga dlr igo ic r s j f o nc nrs ,t eeo inc p bl y i w i e d ce s d w ih t e i c e sn fa l b e r a e t h n r a i g o mbin r s u e 1 e tp e s r .

Ke r s c vt tn t rit e o i n c p b l y;h e to t n o fds a c ; mbin r s u e y wo d : a ia ig wa e e ; r so a a ii t e b s fs a d f it n e a t e tp e s r

0 引 言 水利工 程 中, 化也 称 为 空蚀 或气 蚀 , 空 被认 为 是一种 不 良现 象 , 化作 用 常 常使 物 体产 生 破坏 , 空 必 须 加 以 防 止 。而 应 用 于 清 洗 、 割 、 油 钻 孔 、 切 石 海 洋 开 发 等 领 域 高 压 水 射 流 技 术 , 以 利 用 此 破 坏 可

并 用秒表记 录 时间 。实验 所用 的各种 测 量 仪表 都 具 有足够 的精度 , 经 常进 行 校 准 , 个 环节 的实 并 每 验 和测量条件都 一致 , 以保证 重复 多次 , 测量 准确 。 每个 喷嘴的 冲蚀 实验一般都进 行三 次 , 于多次 重 对 复 的实验结果 , 狄克逊准则进 行分析处 理 。 按

性, 变害为利 , 空化 起 到积 极 作用 。空 化射 流 因 使 能提高清洗效果 、 切割效率 以及 能钻深孔 、 大孔 , 同 时也 能降低切割 时泵压 力 , 而成为新 型高效 的射 流 形式 。空化射流 具 有较 高 的 射流 动 能 , 同时 , 能 它 随着空 泡膨胀 、 压缩 与溃灭 , 生瞬 间高温 高压 , 产 撞 击物体 , 使物体破坏 [ 一 致 1 。为满 足工程 需要 , 者 笔 选用 了缩 放型空化 喷嘴 , 对其产 生的空 化射流 效应 和 切 割 破 碎 岩 石 的性 能 进 行 了 实 验 研 究 。 1排 气 阀 . 2进 水 管 . 3喷嘴 . 4 商 压吞 器 .

5压 力 表 .

6减压阀 .

7 试件 .

8 排 水 阀 .

图 1 空化 射 流 实 验 装置 图

1 实验 装 置 与空化 喷 嘴 的结 构 形 式 11 实 验 装 置 与 测 试 方 法 .

1 2 空 化 喷 嘴 的 结 构 形 式 与 空 化 射 流 的 形 成 .

实验采 用 缩 放 型空 化 喷 嘴 ( 2 ) 收缩 角 为 图 a, 1 。扩散角为 1。喉 管直径为 1 5, 8, mm。为分析 比较 , 还进 行 了普通 收缩型喷 嘴( 2 ) 冲蚀实 验 。 图 b的 为模 拟深海深水 下 的环境 条件 , 设计 了图 1所 示 的空 化射 流实 验装 置 。采用 全密 封 的 高压 容 器 模拟深 水环境 , 上设 有压 力 表 、 压 阀 、 水 阀 , 其 减 排

喷嘴与靶件 系 统设 于 高压 容器 内部 。为便 于 观察 空化效果 , 高压容器前 后设有 观察 窗 口。高压 柱塞 泵采用 卧式 三 柱 塞 泵 , 入 功 率 为 7 k , 量 为 输 5W 流 70 / , 大 压 力 为 3 . MP 。 切 割 深 度 和 宽 度 5L h最 15 a

一 1 1 = 磬 ( ) 放 型 空 化 喷 嘴 a缩 1 喷嘴 出 E 2 喉 管 . l .

() b 普通 收 缩 型 喷 嘴 3 喷 嘴进 E . l

用游标卡尺直 接 测量 , 冲蚀 质 量 采 用称 重法 测 取 , 收 稿 日期 : ( 5 O 一 O 2) 一 8 4 ( ] 基金 项 目 : 国家 自然科 学 基 金 资助 重 点项 目( 0 3 0 0 53 4 6)

图 2 喷 嘴 的结 构 形 式

射 流经柱塞 泵 、 高压进水管 进入缩放 型空化 喷 嘴 。由于射 流 喉 管 处 直径 较小 , 流 至此 动 能增 射

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