高壓水射流技術(shù)的基本概念介紹

近幾十年來，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人類發(fā)現(xiàn)了給液滴賦予比自由落體運(yùn)動(dòng)大得多的打擊能量，這使得漫長(zhǎng)的水滴石穿現(xiàn)象得以在瞬間便可以完成，這就是水射流。然而，為了提高效率，科技又通過機(jī)械進(jìn)一步將水增壓，并使它從直徑很小的噴嘴中噴出，形成一束高速、連續(xù)的水流束，也就是高壓水射流。下面主要介紹高壓水射流技術(shù)的基本概念。
 
1、高壓水射流的結(jié)構(gòu)

高壓水射流在噴嘴出口處形成一個(gè)錐形等速流核心區(qū)，其中射流軸向動(dòng)壓力及密度基本保持不變，為水射流的初始段。射流繼續(xù)發(fā)展的部分為基本段，其軸心速度與軸心動(dòng)壓有規(guī)律地衰減。最后在消散段水射流與環(huán)境介質(zhì)完全混合變成水滴與空氣的混合物或霧化。水射流各段在工程應(yīng)用中具有不同的功能，起始段適宜于材料切割，基本段適用于清洗、除銹等，消散部分主用用于降溫除塵、大面積地沖刷。

2、射流打擊力

水射流打擊物體表面的打擊力主要體現(xiàn)在射流的壓強(qiáng)上，如果壓強(qiáng)大于污垢的抗壓強(qiáng)度，則污垢即被破壞。噴嘴出口處的水射流速度一般在亞音速與超音速之間即300～500 m/s，這股水射流雖然質(zhì)量很小，但其速率平方卻可使水滴像子彈一樣，具有巨大打擊能量，可以破壞極堅(jiān)硬的鹽堿結(jié)垢及堵塞物。

3、最佳耙距

水射流對(duì)物體表面的作用力不僅與射流密度、速度有關(guān)。而且還與水射流離該表面的距離有關(guān)，這是由于水射流的速度、結(jié)構(gòu)隨著其噴射距離發(fā)生變化，因此水射流沖擊物體的作用力也隨噴嘴至物體表面的距離(耙距)不斷變化，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，達(dá)到最大打擊力的最佳耙距在100倍噴嘴直徑左右。

4、壓力分級(jí)

根據(jù)我國標(biāo)準(zhǔn)，可將水射流壓力劃分為4個(gè)等級(jí)，即低壓0.5-20MPa；中壓20-70MPa；高壓70-140MPa；超高壓140MPa以上。
 
高速水射流破壞材料的過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)斷裂過程，對(duì)脆性材料(如巖石)等主要是以裂紋破壞及擴(kuò)散為主，而對(duì)塑性材料則符合最大的拉應(yīng)力瞬時(shí)斷裂準(zhǔn)則，即一旦材料中某點(diǎn)的法向拉應(yīng)力達(dá)到或超過某一臨界值oy 時(shí)，該點(diǎn)即發(fā)生斷裂。根據(jù)彈塑性力學(xué)，動(dòng)態(tài)斷裂強(qiáng)度與靜態(tài)斷裂強(qiáng)度相比要高出一個(gè)數(shù)量級(jí)左右，主要是因?yàn)閯?dòng)態(tài)應(yīng)力作用時(shí)間短，材料中裂紋來不及發(fā)展。因而這個(gè)動(dòng)態(tài)斷裂不僅與應(yīng)力有關(guān)，還與拉伸應(yīng)力的作用時(shí)間相關(guān)。

因此，我們可以看出高壓水射流技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑹鞘�分廣泛的，它給我們帶來了的一種全新的途徑。