《高压水射流技术与应用》- 第1章  概  论

1.1水射流概念

人们虽用滴水穿石形容持之以恒必有所得,但滴水的确可以穿石。中国古代已发现了液滴凭借自由落体运动赋予的质量打击力来击穿岩石这一漫长的现象。随着科技的发展,人们给液滴赋予了比自由落体运动大得多的打击能量,使持之以恒才能观察到的滴水穿石现象在瞬间便可完成。这就是水射流。

一束从小口径孔中射出的高速水射流作用在材料上,可以其所具有的足够能量进行材料清洗、剥层、切割,液体的这种性能激励着各国研究人员去开拓“用水作业”的新方式,将水射流的动能变成去除材料的机械能。

水射流是由喷嘴流出形成的不同形状的高速水流束,射流的流速取决于喷嘴出口截面前后的压力降。

水射流是能量转变与应用的最简单的一种形式。通常,动力驱动泵通过对水完成一个吸、排过程,将一定量的水泵送到高压管路,使其以一定能量到达喷嘴。而喷嘴的孔径要求比高压管路直径小得多,因此到达喷嘴的这一一定量的水要想流出喷嘴孔,必须加速。这样,经过喷嘴孔加速凝聚的水就形成了射流。喷出的射流打击在靶件(工件)表面上就称为射流作业。

射流一旦离开喷嘴,它的凝聚段不会太长。对此,射流的速度尤为重要。水经过泵送获得了压力,压力首先驱动水自泵至喷嘴,又使其以给定的速度通过喷嘴。在此其间,水流与管壁的摩擦形成了主要的压力损失,同时水流也因经过不同形状的流道以其湍流形成压力损失。

当射流到达靶件时,射流以其速度形成的能量转变成冲击压力作用在欲工作的表面上。业已发现,打击在靶件上的射流流量和流速对这种转变效应非常重要,它们决定了到达靶件的射流功率和射流的作业效率,而泵控制着射流的流量,喷嘴岀口截面面积控制着射流流速。当然,自喷嘴至靶件的距离,也就是靶距,以及喷嘴与靶件的相对位移速度,也是影响射流作业的重要参数。

射流离开喷嘴后最常见的形式是圆柱射流。这种形式的射流携带射流能量最为有效,但它在靶件表面上的有效打击面积也最小。为了进行大面积清洗,通过改变喷嘴形状就有了扇形射流,其特点是射流以一条线的形式冲击在靶件上,随着