高压水射流技术的基本概念介绍

近几十年来，随着科学技术的快速发展，人类发现了给液滴赋予比自由落体运动大得多的打击能量，这使得漫长的水滴石穿现象得以在瞬间便可以完成，这就是水射流。然而，为了提高效率，科技又通过机械进一步将水增压，并使它从直径很小的喷嘴中喷出，形成一束高速、连续的水流束，也就是高压水射流。下面主要介绍高压水射流技术的基本概念。
 
1、高压水射流的结构

高压水射流在喷嘴出口处形成一个锥形等速流核心区，其中射流轴向动压力及密度基本保持不变，为水射流的初始段。射流继续发展的部分为基本段，其轴心速度与轴心动压有规律地衰减。最后在消散段水射流与环境介质完全混合变成水滴与空气的混合物或雾化。水射流各段在工程应用中具有不同的功能，起始段适宜于材料切割，基本段适用于清洗、除锈等，消散部分主用用于降温除尘、大面积地冲刷。

2、射流打击力

水射流打击物体表面的打击力主要体现在射流的压强上，如果压强大于污垢的抗压强度，则污垢即被破坏。喷嘴出口处的水射流速度一般在亚音速与超音速之间即300～500 m/s，这股水射流虽然质量很小，但其速率平方却可使水滴像子弹一样，具有巨大打击能量，可以破坏极坚硬的盐碱结垢及堵塞物。

3、最佳耙距

水射流对物体表面的作用力不仅与射流密度、速度有关。而且还与水射流离该表面的距离有关，这是由于水射流的速度、结构随着其喷射距离发生变化，因此水射流冲击物体的作用力也随喷嘴至物体表面的距离(耙距)不断变化，根据实验结果，达到最大打击力的最佳耙距在100倍喷嘴直径左右。

4、压力分级

根据我国标准，可将水射流压力划分为4个等级，即低压0.5-20MPa；中压20-70MPa；高压70-140MPa；超高压140MPa以上。
 
高速水射流破坏材料的过程是一个动态断裂过程，对脆性材料(如岩石)等主要是以裂纹破坏及扩散为主，而对塑性材料则符合最大的拉应力瞬时断裂准则，即一旦材料中某点的法向拉应力达到或超过某一临界值oy 时，该点即发生断裂。根据弹塑性力学，动态断裂强度与静态断裂强度相比要高出一个数量级左右，主要是因为动态应力作用时间短，材料中裂纹来不及发展。因而这个动态断裂不仅与应力有关，还与拉伸应力的作用时间相关。

因此，我们可以看出高压水射流技术的应用领域将是十分广泛的，它给我们带来了的一种全新的途径。