[發明專利]一種用于水射流破冰實驗的球帽型高速水射流槍槍頭

有效

• 申請號: 202110725530.2
• 申請日: 2021-06-29
• 公開（公告）號: CN113533099B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 倪寶玉;袁廣宇;李鴻遠;薛彥卓;鐘凱;徐雪松;武奇剛;譚浩;魯陽;狄少丞
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01N3/36
• 分類號: G01N3/36;G01N3/02;B05B1/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于高速水射流技術領域，具體涉及一種用于水射流破冰實驗的球帽型高速水射流槍槍頭。本發明生成的球帽狀高速水射流沖擊在冰板時瞬間形成的沖擊波，該沖擊波會使冰結構表面迅速產生裂痕，水射流形成的滯后流對于冰板產生二次沖擊對于冰的結構進行二次破壞。本發明具有防混流的優點，生成的水射流不易與空氣混合，射流的沖擊性更好，且沖擊到冰板等結構物上的壓力便于測量，也更容易復現，從而對水射流沖擊等機理研究實驗提供穩定實驗狀態，在試驗中更容易定量的分析出射流的性質和機理。本發明結構簡單，產生的射流對環境無污染，且成本低廉，便于設計與生產。

技術領域

本發明屬于高速水射流技術領域，具體涉及一種用于水射流破冰實驗的球帽型高速水射流槍槍頭。

背景技術

冰的物理性質在不同溫度壓強下具有較大的差異，其力學性能成為近年來的熱門問題，其機理性質研究對于破冰、航運、極地等問題的研究具有重大意義，目前較為主流的破冰方式包括爆炸破冰，機械破冰等，爆炸式破冰主要依靠人工在水面及水下投擲炸藥包或炸藥包群對于冰面進行爆破，對于海洋生物的生存環境以及生態環境產生巨大影響，機械式破冰主要通過機械切割，破冰船沖撞，擠壓方法進行破冰，破冰效率較低對于船體本身的結構要求較高。

高速水射流可以產生較大的壓強從而對冰進行破壞，作為一種新技術，具有成本低、效率高、環保等優點，目前已被廣泛應用于石油天然氣勘探開發、超高壓水射流鉆井、鋼材除銹、水力噴射分段壓裂、高速水射流清洗等多種實際工況，在極地航行以及河流破冰過程中，水資源可以隨時進行補充并且安全環保。高速水射流產生瞬間形成的沖擊波作用于冰面可以引起冰板的變形和破壞，并且水射流可以直接沖擊冰面對冰面造成彎曲破壞，水射流形成的滯后流還可以對碎冰進行清理和二次破損。

水射流破冰的機理研究中得到高速穩定的水射流十分重要，只有得到穩定的水射流才能對水射流作用于冰破壞機理進行更深入的研究，這種水射流就對于實驗中的噴槍裝置提出了較高的要求。

在現有對高速水射流的生成方法中，結構都和零件較多，不便于加工組裝。以申請號為CN201822074855.5的發明專利高壓水射流噴嘴裝置及申請號為CN201911187408.3的發明專利可調多級增壓水射流噴嘴為例，結構都比較復雜，生產設計上具有一定的局限性，且為了達到高速的射流效果，得到的高速流體沒有本發明穩定。

在現有的水射流應用領域中，通過水射流研究冰的力學性質專利較少。以申請號CN201810604070.6的一種海上航行船體破冰系統為例，該專利主要是用水射流來切割冰，是一種機械式的破壞，與本發明不同。本發明依托的射流沖擊時一瞬間產生的較大壓力對冰造成破壞。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于水射流破冰實驗的球帽型高速水射流槍槍頭。

本發明的目的通過如下技術方案來實現：包括入口穩定段、加速段和出口穩定段；所述的入口穩定段為直徑為D₁的管道；所述的加速段為直徑從D₁漸縮至D₂的管道，加速段長度為L₁，且滿足D₁＞D₂；所述的出口穩定段為直徑為D₂、長度為L₂的管道，且滿足所述的入口穩定段的輸入端設有閥門；所述的加速段直徑為D₁的端部與入口穩定段的輸出端連接，加速段直徑為D₂的端部與出口穩定段的輸入端連接。

本發明還可以包括：

所述的出口穩定段的輸出端處由防混流軸套包裹；所述的防混流軸套將出口穩定段的高速水流與空氣隔開，防止空氣回流與水流混合；所述的防混流軸套與出口穩定段的輸出端連接處呈倒角α，且α＜30°。

所述的入口穩定段、加速段和出口穩定段同軸對稱，入口穩定段的直徑D₁≤10mm。

本發明的有益效果在于：