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施清洗技術(shù)。通過(guò)控制壓力、流速等參數使水流束經(jīng)過(guò)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域內潰滅產(chǎn)生高達140～170 MPa的微射流沖擊，達到清理設施表面附著(zhù)物和污垢層的目的。相對其它清洗技術(shù)，該技術(shù)不但具有高效、節能、環(huán)保、安全等優(yōu)點(diǎn)，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(zhù)優(yōu)勢，可對船舶螺旋槳等設備薄片區域進(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(cháng)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降至當地的水飽和蒸汽壓力Pv，即Pc≤Pv 時(shí)，在收縮段內局部低壓區將產(chǎn)生空化，空化泡在收縮截面的邊界層內孕育并形成，在低壓區內獲得成長(cháng)�？梢�(jiàn)，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(guò)程。

 

空化數是用于判斷空化是否發(fā)生的無(wú)量綱臨界參數。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(méi)空化射流下，如空化射流在水下的清洗作業(yè)，空化數的計算式可以簡(jiǎn)化表示為下游壓力與噴嘴總壓差的商：σ＝P2/(P1－P2)。當σ≤1時(shí)，可以產(chǎn)生空化作用；當σ≤0.5 時(shí)，可以產(chǎn)生穩定的空化射流。

 

當水在高速流動(dòng)中局部絕對壓力降至當地溫度下的飽和蒸汽壓時(shí)，溶解在水中的空氣釋放出來(lái)，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(zhù)海生物的目的。如下圖：

 

 

近球形空化泡隨射流運動(dòng)到固體表面附近，淹沒(méi)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(dòng)速度較其他部分慢，空化泡在向固體表面運動(dòng)的過(guò)程中，其近表面側與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，必須做加速運動(dòng)，遠表面側向內凹進(jìn)，靠近近表面側，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(zhuān)家Hammit通過(guò)計算和實(shí)驗測量得出：游移型空化泡潰滅時(shí)，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?chē)�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)生復雜的物理反應、化學(xué)反應、機械作用、電化學(xué)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(lái)，從而起到清洗作用。