空化射流清洗技術是將空化作用引入水射流技術中而形成的新型水下設施清洗技術。通過控制壓力、流速等參數(shù)使水流束經(jīng)過空化噴嘴時產(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140～170 MPa的微射流沖擊，達到清理設施表面附著物和污垢層的目的。相對其它清洗技術，該技術不但具有高效、節(jié)能、環(huán)保、安全等優(yōu)點，而且具有不傷害設施母材，極少或者完全不傷害完整防腐層的顯著優(yōu)勢，可對船舶螺旋槳等設備薄片區(qū)域進行合理有效的清洗。下面主要介紹空化射流清洗技術的原理。

 

 

 

空化是由于液流系統(tǒng)的局部低壓(低于相應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Pc降至當?shù)氐乃�飽和蒸汽壓力Pv，即Pc≤Pv 時，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�？梢�，空化的實質(zhì)即是流體在動力和熱力的聯(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σ≤1時，可以產(chǎn)生空化作用；當σ≤0.5 時，可以產(chǎn)生穩(wěn)定的空化射流。

 

當水在高速流動中局部絕對壓力降至當?shù)販囟认碌娘柡驼羝麎簳r，溶解在水中的空氣釋放出來，形成許多微小的空化泡，空化泡潰滅引起強大的微射流沖擊�？栈�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)生的強大微射流沖擊力而達到清洗設施的堅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動到固體表面附近，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側的液體壓力低，向心運動速度較其他部分慢，空化泡在向固體表面運動的過程中，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，空化泡為保持動量守恒，必須做加速運動，遠表面?zhèn)认騼?nèi)凹進，靠近近表面?zhèn)�，空化泡因此被穿透形成指向固體表面、高速度、破壞力強的微射流。

 

國外專家Hammit通過計算和實驗測量得出：游移型空化泡潰滅時，近壁處微射流速度可達70～180 m/s，在物體表面產(chǎn)生的沖擊力高達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)生極短暫的強壓力脈沖，氣泡周圍微小空間形成局部熱點產(chǎn)生極端高溫、高壓，同時伴隨產(chǎn)生復雜的物理反應、化學反應、機械作用、電化學作用和熱作用。沖擊壓力高達140～170 MPa的微射流大部分直接或者間接作用在設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。