空化射流清洗技術(shù)是將空化作用引入水射流技術(shù)中而形成的新型水下設(shè)施清洗技術(shù)。通過控制壓力、流速等參數(shù)使水流束經(jīng)過空化噴嘴時(shí)產(chǎn)生大量的空化泡，利用空化泡在材料表面的狹小區(qū)域內(nèi)潰滅產(chǎn)生高達(dá)140～170 MPa的微射流沖擊，達(dá)到清理設(shè)施表面附著物和污垢層的目的。相對(duì)其它清洗技術(shù)，該技術(shù)不但具有高效、節(jié)能、環(huán)保、安全等優(yōu)點(diǎn)，而且具有不傷害設(shè)施母材，極少或者完全不傷害完整防腐層的顯著優(yōu)勢(shì)，可對(duì)船舶螺旋槳等設(shè)備薄片區(qū)域進(jìn)行合理有效的清洗。下面主要介紹空化射流清洗技術(shù)的原理。

 

 

 

空化是由于液流系統(tǒng)的局部低壓(低于相應(yīng)溫度下該液體的飽和蒸氣壓)使液體蒸發(fā)而形成的空化泡(即氣核，半徑一般在20 μm以下)爆發(fā)性生長的描述。假設(shè)收縮段上下游壓力分別為P1和P2，收縮段壓力為Pc，水流速度為Vc，當(dāng)Pc降至當(dāng)?shù)氐乃�飽和蒸汽壓力Pv，即Pc≤Pv 時(shí)，在收縮段內(nèi)局部低壓區(qū)將產(chǎn)生空化，空化泡在收縮截面的邊界層內(nèi)孕育并形成，在低壓區(qū)內(nèi)獲得成長。可見，空化的實(shí)質(zhì)即是流體在動(dòng)力和熱力的聯(lián)合作用下，液體介質(zhì)局部的液～氣相變過程。

 

空化數(shù)是用于判斷空化是否發(fā)生的無量綱臨界參數(shù)。壓力和流速是空化發(fā)生的主要影響因素，在高圍壓的淹沒空化射流下，如空化射流在水下的清洗作業(yè)，空化數(shù)的計(jì)算式可以簡化表示為下游壓力與噴嘴總壓差的商：σ＝P2/(P1－P2)。當(dāng)σ≤1時(shí)，可以產(chǎn)生空化作用；當(dāng)σ≤0.5 時(shí)，可以產(chǎn)生穩(wěn)定的空化射流。

 

當(dāng)水在高速流動(dòng)中局部絕對(duì)壓力降至當(dāng)?shù)販囟认碌娘柡驼羝麎簳r(shí)，溶解在水中的空氣釋放出來，形成許多微小的空化泡，空化泡潰滅引起強(qiáng)大的微射流沖擊。空化射流就是人為地使水射流束中產(chǎn)生高密度空化泡，利用大量的空化泡在物體表面局部微小區(qū)域潰滅產(chǎn)生的強(qiáng)大微射流沖擊力而達(dá)到清洗設(shè)施的堅(jiān)硬污垢和附著海生物的目的。如下圖：

 

 

近球形空化泡隨射流運(yùn)動(dòng)到固體表面附近，淹沒射流在固體表面形成一層橫向漫流，使空化泡距固體表面較遠(yuǎn)側(cè)的液體壓力低，向心運(yùn)動(dòng)速度較其他部分慢，空化泡在向固體表面運(yùn)動(dòng)的過程中，其近表面?zhèn)扰c固體表面的距離基本不變。忽略液體粘性的影響，空化泡為保持動(dòng)量守恒，必須做加速運(yùn)動(dòng)，遠(yuǎn)表面?zhèn)认騼?nèi)凹進(jìn)，靠近近表面?zhèn)龋�空化泡因此被穿透形成指向固體表面、高速度、破壞力強(qiáng)的微射流。

 

國外專家Hammit通過計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量得出：游移型空化泡潰滅時(shí)，近壁處微射流速度可達(dá)70～180 m/s，在物體表面產(chǎn)生的沖擊力高達(dá)140～170 MPa，微射流直徑約為2～3 μm，表面受到微射流沖擊次數(shù)約為100～1000次/(s•cm²)。

 

在空化作用中，空化泡潰滅瞬間產(chǎn)生極短暫的強(qiáng)壓力脈沖，氣泡周圍微小空間形成局部熱點(diǎn)產(chǎn)生極端高溫、高壓，同時(shí)伴隨產(chǎn)生復(fù)雜的物理反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)、機(jī)械作用、電化學(xué)作用和熱作用。沖擊壓力高達(dá)140～170 MPa的微射流大部分直接或者間接作用在設(shè)施表面的海生物污垢層上，使海生物污垢從材料表面分離下來，從而起到清洗作用。