高壓水射流技術的基本概念介紹

近幾十年來，隨著科學技術的快速發展，人類發現了給液滴賦予比自由落體運動大得多的打擊能量，這使得漫長的水滴石穿現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，科技又通過機械進一步將水增壓，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的基本概念。
 
1、高壓水射流的結構

高壓水射流在噴嘴出口處形成一個錐形等速流核心區，其中射流軸向動壓力及密度基本保持不變，為水射流的初始段。射流繼續發展的部分為基本段，其軸心速度與軸心動壓有規律地衰減。最后在消散段水射流與環境介質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在射流的壓強上，如果壓強大于污垢的抗壓強度，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，可以破壞極堅硬的鹽堿結垢及堵塞物。

3、最佳耙距

水射流對物體表面的作用力不僅與射流密度、速度有關。而且還與水射流離該表面的距離有關，這是由于水射流的速度、結構隨著其噴射距離發生變化，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，根據實驗結果，達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

根據我國標準，可將水射流壓力劃分為4個等級，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動態斷裂過程，對脆性材料(如巖石)等主要是以裂紋破壞及擴散為主，而對塑性材料則符合最大的拉應力瞬時斷裂準則，即一旦材料中某點的法向拉應力達到或超過某一臨界值oy 時，該點即發生斷裂。根據彈塑性力學，動態斷裂強度與靜態斷裂強度相比要高出一個數量級左右，主要是因為動態應力作用時間短，材料中裂紋來不及發展。因而這個動態斷裂不僅與應力有關，還與拉伸應力的作用時間相關。

因此，我們可以看出高壓水射流技術的應用領域將是十分廣泛的，它給我們帶來了的一種全新的途徑。