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2.4.1高压水射流作用机理

高压水射流对物体表面垢层的影响主要表现为以下几个方面：

①水射流对垢层材料的软化；

②水射流的穿透和渗人，引起垢层材料裂纹的扩展，加剧了垢层的破碎；

③高压水射流的冲击，造成垢层的局部产生流变和破裂带；

④高压水射流的剪切作用使得垢层易于破碎；

⑤高压水射流的切力和拉力作用对垢层产生的脆性破坏作用；

⑥高压水射流冲击将对污垢产生的剥离作用。

高压水射流或高速水滴冲击到物体表面后，在表而径向流动过程中将产生较大的剪切力，使表面垢层受到破坏。对于具有空隙的垢层，射流水在压力的作用下，在空隙中也将产生很高的压力，从面使得结构连接削弱，可促进垢层的进一步破坏。

1、以渗透为主的破碎过程

对于水可渗透，即水能渗人垢层之间的孔隙，并对垢层颗粒施加压力的各类垢层，当此压力大于颗粒之间的引力时，产生裂纹且裂纹一步一步地扩散，后面的射流又直接起压缩、剪切和水楔作用，从而使污垢产生裂缝、凹坑到全部刹落。在这个过程中起决定作用的是水的渗透引起的作用于垢层颗粒上的水压力，当该水压力足够克服垢层颗粒之间的黏着力时，垢层颗粒之间产生裂纹，在后续射流作用下，裂纹扩散、扩张，并逐步成裂缝，使其剥落。裂纹的扩散方向与污垢的渗透方向、污垢结构有关，扩散速度与渗透速度有关。水射流的压缩、剪切和水楔作用也或多或少地促进了污垢破碎，加速污垢剥落，面且污垢破碎、剥落的方向与射流的工作方向有关。

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从渗透到剥落的过程可推知：当用水射流冲击一块可渗透性垢层时，产生凹坑的速度权限应等于水渗入污垢孔隙的速度。如果射流压力很低，使作用在垢层颗粒上的水压力小于其黏着力，水渗人垢层后，并在其内扩展，形成渗水区；当压力增大，使压力大于黏着力，垢层颗粒便从基体上剥离开来，此时射流产生的压力型面始终作用在不同的污垢上。由此可知渗入区的部位就是凹坑的极限位置，也可说明渗水区或多或少地比凹坑****定距离。

当压力大小已知，射流又不产生冲蚀作用，即压力不**过临界压力时就能计算出水对垢层颗粒的作用力，进而确定污垢破碎的临界压力。

当射流速度达到某一临界值时，将在物料中形成应力波，加速物料破碎，对于垢层这种特殊的物料来说，这个临界速度很难得到，这主要是由于成垢的条件对垢层的成分、结构影响所致。寻找这一临界速度对于小射流清洗也不经济。在实际清洗过程中，在满足压力的条件下，垢层的破碎已经十分迅速，基本上不受射流速度的影响。

在清洗中，为提高清洗效率，存在一个较佳横移速度问题，即射流横扫污垢的速度，如图2.2所示。横移速度大，清洗速度快，效率就高，但有可能造成局部清洗不彻底和漏洗现象。要充分发挥射流的水楔作用，使垢层剥离，一般应采用较低的横移速度。对实际操作的横扫速度而言，确定具体的参考值意义不大。这主要应是根据污垢层厚度、污垢性质及清洗质量要求，由操作者依据经验设定和控制。

图2.2 射流横移清洗操作及软垢层受力情况