风琴管喷嘴空化射流的数值模拟研究

胡文丽，邹信波，李黎，刘帅，江任开(中海石油(中国)有限公司深圳分公司，广东 深圳 518000)

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空化是由于液流系统中的局部低压(低于相应温度下该液体的饱和蒸气压)使液体蒸发而引起的微气泡(或称为气核)爆发性生长现象[1]。该现象最初是在螺旋桨叶片上被发现的，它的破坏能力很强，对水力机械造成严重损害，且会产生噪声、闪光等现象[2-3]。1917年，Rayleigh提出了球对称空泡运动方程，加大了人们对空化的认识。空化过程会有高温和高压的产生，同时空化泡会经历不断产生、膨胀、最后又会快速溃灭[4]。在空泡溃灭的时候，液流中的局部区域会产生极高速的微射流以及高压；若空泡在固体壁面附近发生的溃灭，将会对固体壁面材料造成破坏，从而发生空化冲蚀，也就是空蚀[5]。

R. E. Kohl等人将空化作用引入到高压水射流技术领域，创造了空化射流[6]。如今空化射流广泛应用于清洗、切割、石油钻孔、海洋开发等领域。卢义玉[7]等用缩放型喷嘴和收敛型喷嘴研究淹没条件下的空化破岩机理，得到空化水射流切割破碎岩石主要是由空泡的溃灭引起的，且空泡云的长度等于靶距与切割深度之和。Max Szolcek[8]等对空化射流清除的效果进行了研究，结果表明，空化能在几分钟内使结垢体积减少80%～90%，对金属表面无明显损伤。Roberta Ferrentino[9]将空化用于辅助污泥处理。Mingyu He[10]等研究空化射流和氧化结合的方式处理大豆分离蛋白。李根生[11]提出了利用空化射流钻径向水平井+筛管完井一体化方法开采深海浅层天然气水合物的新思路，将空化射流用于水合物开采。……