磨料水射流是磨料顆粒與高速流動(dòng)的水混合后經(jīng)噴嘴而形成的高能束射流，由于在高速水中混入一定數(shù)量的磨料顆粒，從而改變了射流的流動(dòng)特性和對(duì)物體的作用方式。水射流作為磨料載體，把高壓水射流束的動(dòng)能傳遞給磨料顆粒，將連續(xù)水射流的等速核對(duì)物體的靜壓作用改變?yōu)閷?duì)物體高頻沖蝕和磨削作用，大大提高了射流的工作效率。由于磨料水射流是一種冷態(tài)的單點(diǎn)動(dòng)能能源，對(duì)材料具有極強(qiáng)的沖蝕作用，并在沖蝕過(guò)程中不改變材料的力學(xué)、物理和化學(xué)性能，因而具有獨(dú)特的清洗、破碎和切割性能，可用于切割熱敏、壓敏、脆性、塑性、復(fù)合型材料和易燃易爆物。磨料水射流有以下幾種形式
前混合磨料水射流
前混合磨料水射流的磨料與水在噴嘴之前進(jìn)行混合， 磨料罐置于高壓泵與噴嘴之間的高壓回路中，從高壓泵泵出的水在高壓磨料罐內(nèi)與磨料進(jìn)行初步混合，使磨料處于“擬流體”的流化狀態(tài)，然后在高壓輸送管的混合腔內(nèi)流化磨料與水摻混，再通過(guò)后繼管道以懸浮態(tài)輸送到噴嘴，經(jīng)噴嘴加速噴射出去形成磨料水射流。前混合磨料水射流中磨料在水噴射前混合于水流中，使磨料在高壓輸送管內(nèi)受到第一次加速。由于磨料速度松弛時(shí)間長(zhǎng)，在噴嘴入口處，磨料與水射流保持速度平衡，兩相速度差為零，磨料已進(jìn)入水射流的核心部分并充分混合，混合效果好。前磨料混合方式與后磨料混合方式比，由于改變了磨料與水的混合機(jī)理，改善了混合效果，使磨料進(jìn)入水射流核心部分，在噴嘴出口處具有很大的速度，獲得較高的能量，因而提高了磨料的切割性能，射流的質(zhì)量明顯優(yōu)于后者。理論上已證明了前混合射流比后混合射流具有較高的能量傳輸效率和較大的磨料顆粒速度。大量試驗(yàn)表明:用前混合式磨料射流進(jìn)行切割，所需工作壓力約為后混合式磨料射流工作壓力的1/7~1/10.
漿液磨料射流
漿液磨料射流是一種有別于前混合磨料射流的新磨料混合方式，它由氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)螺桿將干磨料顆粒定量輸送到氣動(dòng)的葉片泵前置混合器中，再由該泵將混合漿液連續(xù)輸送到清洗或切割頭。與此同時(shí)，噴嘴前置的高壓泵(或空氣壓縮機(jī))產(chǎn)生的水(或氣)射流與噴頭處的漿液混合成高壓磨料射流。這種低壓混合、高壓作業(yè)的兩步做法既解決了后混合磨料射流磨料顆粒與水混合的不均勻性，又彌補(bǔ)了前混合磨料射流工作壓力偏低的缺陷。在較高壓力作用下，噴嘴出口的磨料顆粒具有較高的速度，從而提高磨料射流的工作性能。
旋轉(zhuǎn)引射式磨料射流
經(jīng)高壓柱塞泵加壓的高壓水先經(jīng)過(guò)一個(gè)旋轉(zhuǎn)裝置，使水流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，然后經(jīng)過(guò)水噴嘴形成旋轉(zhuǎn)的水射流或直接經(jīng)過(guò)葉輪導(dǎo)引高壓旋轉(zhuǎn)射流噴嘴噴出。根據(jù)普通射流的水動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)可知，射流的等速核內(nèi)部不存在橫向的速度梯度，因而射流的擴(kuò)散角較小。經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)，水射流具有三維速度(軸向、徑向和圓周)，在圓周速度的作用下，水射流形成強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中向外擴(kuò)散。旋轉(zhuǎn)后的水射流不僅具有較大的擴(kuò)散角，而且形成了大量的渦旋。許多試驗(yàn)以及理論分析都已證明，旋轉(zhuǎn)流體在一定條件下具有波動(dòng)性質(zhì)，也就是說(shuō)，旋轉(zhuǎn)流體被賦予了偽彈性性質(zhì)。它在受到擾動(dòng)后會(huì)發(fā)生彈性一慣性振蕩，出現(xiàn)彈性波和波動(dòng)現(xiàn)象，這是一種剪切波。產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因是旋轉(zhuǎn)流體運(yùn)動(dòng)中存在科氏力和離心力的作用。磨料顆粒的加入激起旋轉(zhuǎn)水射流的振蕩和波動(dòng)。所有這些都促使磨料顆粒和水射流發(fā)生強(qiáng)烈的紊動(dòng)混合，從而提高了水射流對(duì)磨料顆粒的卷吸能力和混合效果。
自激振蕩磨料射流
自激振蕩脈沖機(jī)理是穩(wěn)定的流體通過(guò)一種特制新型高效能噴嘴，這種噴嘴是應(yīng)用流體力學(xué)的基本原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的，采用上噴嘴、多曲面內(nèi)腔室和下噴嘴等特殊結(jié)構(gòu)形式。流體通過(guò)噴嘴時(shí)，上噴嘴流束中的不穩(wěn)定擾動(dòng)波如渦量脈沖在穿過(guò)腔內(nèi)剪切層時(shí)，剪切層對(duì)其具有選擇性放大作用，形成渦環(huán)結(jié)構(gòu)，剪切流動(dòng)中渦環(huán)與下游碰撞壁撞擊在碰撞區(qū)產(chǎn)生壓力擾動(dòng)波并向上游反射，在上游剪切層分離處誘發(fā)新的擾動(dòng)產(chǎn)生，當(dāng)新擾動(dòng)與原擾動(dòng)頻率匹配且具有合適的相位關(guān)系時(shí)，射流上游就不斷地周期性振蕩，其固有波形受到調(diào)制，腔內(nèi)就誘發(fā)產(chǎn)生自激振蕩。這種振蕩是在不加任何外界控制或激勵(lì)的情況下產(chǎn)生的，故稱之為自激振蕩。
后混合磨料射流
目前我國(guó)研究和應(yīng)用的磨料射流大多數(shù)是后混合方式。它是根據(jù)古老的引射器原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的經(jīng)高壓泵泵出的高壓水通過(guò)水噴嘴而形成高速水射流束，由于水射流束對(duì)周圍空氣的卷吸作用，在磨料混合腔內(nèi)形成一定的真空度，從而使磨料和混合腔之間的供料管產(chǎn)生一定的壓力差。磨料在自重和壓力差的共同作用下通過(guò)氣力運(yùn)輸而被抽吸進(jìn)入混合腔內(nèi)，并與水射流發(fā)生紊流振動(dòng)擴(kuò)散與摻混，再通過(guò)磨料噴嘴而形成水射流。
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