新型環(huán)流式空化噴嘴的空化及清洗特性

(西南交通大學(xué)先進驅(qū)動節(jié)能技術(shù)教育部工程研究中心， 四川成都 610031)

引言

空化射流技術(shù)是近年來出現(xiàn)的一種新型水射流技術(shù)。液體在其靜止或運動過程中因受環(huán)境和氣體分子運動的影響，會有一些氣體溶入，產(chǎn)生懸浮著氣相的微泡，稱為“氣核”。當(dāng)液體中的壓力降到空氣分離壓以下時，溶解于液體中的氣體會迅速地分離而產(chǎn)生大量的氣泡，當(dāng)壓力繼續(xù)降低到該液體在此溫度下的飽和蒸氣壓以下時，除液體中所含氣體析出而形成氣泡外，液體本身還會劇烈地氣化沸騰，產(chǎn)生大量的氣泡。由于液體氣化和溶解氣體的游離是向著作為核的空泡內(nèi)進行的，結(jié)果就形成充滿空氣和蒸氣的氣泡。當(dāng)蒸氣高速凝結(jié)和氣泡潰滅時，流體質(zhì)點便向空腔中心高速沖動，產(chǎn)生強烈的沖擊，結(jié)果使瞬時的局部壓力和局部溫度急劇上升，這種現(xiàn)象被稱為空化效應(yīng)。

空化射流在除銹、強化材料表面、油田等方面有廣闊的應(yīng)用前景，近年來有許多研究者對其進行了大量的研究[1]。汪朝暉等[2]通過數(shù)值模擬的方法建立了自激振蕩脈沖噴嘴的空化模型，分析了空化射流與空氣介質(zhì)的相互影響。廖松等[3]分析了含中心體噴嘴的空化特性，通過數(shù)值模擬分析了不同噴嘴參數(shù)組合下的空化效果。彭熾等[4]利用高速攝影技術(shù)研究了淹沒條件下空泡云的動態(tài)變化規(guī)律。劉海霞等[5]研究了在淹沒條件下射流壓力對空蝕效果的影響，指出靶距與空蝕效果之間并非是線性關(guān)系，而是存在一個最佳距離。

目前，射流的空化效果主要通過赫姆霍茲噴嘴、自振脈沖空化噴嘴等特定的噴嘴結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。但是在非淹沒條件下，由上述噴嘴產(chǎn)生的空化現(xiàn)象主要存在于噴嘴內(nèi)部，當(dāng)射流離開噴嘴以后，由于外部條件的改變，空化效應(yīng)無法維持，沒有充分利用到空化泡潰滅時產(chǎn)生的能量。為了改善這一問題，現(xiàn)有的解決方案是采用同軸套筒式噴嘴，在空化噴嘴外添加圓筒形套筒，向其中通入低壓水流，為空化射流提供人工淹沒環(huán)境[6]，但是，目前對于該種方案的研究還集中在數(shù)值模擬階段，少有與射流清洗能力相結(jié)合的試驗，缺乏對其空化特性的完整描述。

為了讓噴嘴內(nèi)的空化效應(yīng)延伸到空化噴嘴外部，需要使射流在進入大氣環(huán)境以后能夠保持其在噴嘴內(nèi)部形成的低壓條件。基于以上思路，本研究設(shè)計了一種環(huán)流式空化噴嘴，在空化噴嘴出口處添加一圈環(huán)形射流，使其與空化射流同時離開噴嘴。此時空化射流被環(huán)流所包裹，隔絕了與大氣的接觸，使空化射流的外部環(huán)境在離開噴嘴以后沒有迅速發(fā)生變化，擴大了空化發(fā)生的區(qū)域，使空化效應(yīng)在表面清洗方面得到有效的應(yīng)用。

1 空化流場的特性分析

影響射流空化初生的主要因素是射流的壓強和流速。空化的經(jīng)典理論把液體的飽和蒸氣壓強視作液體發(fā)生空化的臨界壓強。定義空化數(shù)為：

(1)

式中,σ0—— 空化數(shù)

p0—— 空化初生時環(huán)境壓力

pv—— 飽和蒸氣壓

ρ0—— 液體密度

v0—— 空化初生時射流速度

當(dāng)σ0≤1的時候，判定發(fā)生空化。然而，在實際應(yīng)用當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，使用空化數(shù)來判斷是否發(fā)生空化的適用條件很窄，僅當(dāng)液流收縮段截面積與液流下流截面積之比為1∶2，且計算出的σ0不大于0.5時才適用。所以在工程中并不將空化數(shù)作為產(chǎn)生空化的依據(jù)，而是以液體壓強是否低于其飽和蒸氣壓來判斷是否空化初生[7]。

噴嘴是影響射流空化的重要因素，空化射流大都依靠噴嘴的幾何結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。主流的幾種空化噴嘴類型有風(fēng)琴管噴嘴、赫姆霍茲噴嘴、自振脈沖空化噴嘴等。此類噴嘴的問題在于空化區(qū)域只存在于噴嘴內(nèi)部中，射流從噴嘴出口進入到空氣域，由于射流與空氣介質(zhì)發(fā)生卷吸作用，射流周圍壓力變?yōu)榇髿鈮海柚沽丝张莸睦^續(xù)生成，空化現(xiàn)象在射流進入空氣以后急劇減弱至消失。這也是空化射流目前難以在非淹沒條件下應(yīng)用的原因，即空化現(xiàn)象只能發(fā)生在噴嘴內(nèi)部，無法隨射流到達被清洗表面。

擴展空化區(qū)域，就要使射流離開噴嘴以后還能夠維持發(fā)生空化時的條件。因此，本研究以角型噴嘴為基礎(chǔ)設(shè)計空化噴嘴的基本結(jié)構(gòu)[8]，在空化射流出口處添加環(huán)形射流，其流場物理模型如圖1所示。

圖1 流場結(jié)構(gòu)

射流由入口1進入，經(jīng)過喉管時射流橫截面積減小，流速上升，射流在到達腔室區(qū)域后產(chǎn)生壓降。根據(jù)空化理論，此時射流將在腔室內(nèi)發(fā)生空化。入口2為環(huán)流入口，由此形成環(huán)形射流，在出口處與空化射流匯合，環(huán)形射流包裹住空化射流，隔絕空氣與空化射流的接觸，維持空化射流的狀態(tài)。

2 空化特性仿真

2.1 流場建模

計算流體力學(xué)(CFD)是一種以計算機為基礎(chǔ)，對流體的傳質(zhì)傳熱等現(xiàn)象進行分析的研究方法。本研究將對無環(huán)流噴嘴和環(huán)流噴嘴兩種流場進行仿真計算，其網(wǎng)格模型如圖2、圖3所示。仿真區(qū)域包括噴嘴內(nèi)部流域及外部空氣域。空化射流入口(入口1)與環(huán)形射流入口(入口2)均設(shè)置為壓力入口，出口設(shè)置為壓力出口，空氣域為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力。采用前處理軟件Mesh對模型進行網(wǎng)格劃分。

圖2 無環(huán)流噴嘴流場網(wǎng)格模型

圖3 環(huán)流噴嘴流場網(wǎng)格模型

2.2 求解算法

流場仿真涉及到射流與空氣的相互作用、射流在腔體內(nèi)的空化效應(yīng)，因此選擇多相流中的Mixture模型[9]。Mixture模型求解的是混合物的動量方程，考慮了界面?zhèn)鬟f特性及兩相間的擴散和脈動作用，主要用于模擬不同速度的多相流和具有強烈耦合的各向同性多相流。其連續(xù)性方程與動量方程為：

(2)

(3)

式中，t—— 時間

v1—— 多相流速度

σ—— 表面張系數(shù)

ρ1—— 混合密度

k—— 界面曲率

p—— 多相流壓力

τ—— 黏性切應(yīng)力

n—— 指向表面S的法向單位矢量

δ(x) —— Dirac函數(shù)

湍流模型選擇RNGk-ε模型，其修正了湍動黏度，體現(xiàn)了時均應(yīng)變率，相比標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型更能有效地處理高應(yīng)變率的流動。空化模型選擇Zwart-Gerber-Belamri空化模型，其假設(shè)液體中的所有初始?xì)馀菥哂邢嗤某叽纾⒔Y(jié)合Piso算法計算瞬態(tài)過程[10]。

2.3 空化特性分析

1) 4 MPa時流場空化特性

設(shè)置入口1的進口壓力p1、入口2的進口壓力p2均為4 MPa，出口壓力為大氣壓。經(jīng)求解計算以后，噴嘴流場的壓力云圖如圖4、圖5所示。由壓力云圖可知，當(dāng)射流進入噴嘴腔體以后，在腔體中形成了一個低壓區(qū)域。在噴嘴出口處，環(huán)流噴嘴所形成的低壓區(qū)明顯大于無環(huán)流噴嘴在噴嘴出口處的低壓區(qū)。

圖4 無環(huán)流噴嘴壓力云圖

圖5 環(huán)流噴嘴壓力云圖

此時無環(huán)流噴嘴的水相及蒸氣相分布云圖，如圖6、圖7所示。射流在經(jīng)過喉管以后， 隨著射流壓力降低，噴嘴腔體內(nèi)發(fā)生空化現(xiàn)象。在空化射流進入空氣域以后，周圍壓力迅速升高為大氣壓力，射流的空化效應(yīng)也迅速消失。

圖6 無環(huán)流噴嘴水相分布云圖

圖7 無環(huán)流噴嘴蒸氣相分布云圖

在噴嘴出口處添加環(huán)流后，空化射流的水相及蒸氣相分布云圖如圖8、圖9所示。環(huán)狀射流進入空氣域以后，由于噴嘴腔體中的空化效應(yīng)，噴嘴出口處的壓力較低，導(dǎo)致環(huán)形射流被大氣壓力所擠壓，向流場軸線方向聚攏，形成一個錐形區(qū)域包裹住空化射流。阻斷了大氣與空化射流之間的接觸，使得空化射流周圍壓力沒有迅速上升為大氣壓力，射流的空化效應(yīng)繼續(xù)發(fā)生。從圖9可以看出，相比圖7，環(huán)流式空化噴嘴的空化區(qū)域在空氣域中得到了延伸。

圖8 環(huán)流噴嘴水相分布云圖

圖9 環(huán)流噴嘴蒸氣相分布云圖

提取流場軸線上的壓力與速度曲線，如圖10、圖11所示，其中橫軸d1為圖1中距入口1橫截面的距離。兩種流場在噴嘴內(nèi)部具有相似的速度曲線以及壓力曲線。射流在進入喉管以后，由于射流截面突然減小，流速增加，導(dǎo)致射流在進入噴嘴腔體以后壓力急劇下降。但是射流離開噴嘴以后，無環(huán)流噴嘴軸線上的速度迅速下降，而環(huán)流流場軸線上的速度基本維持不變，與之對應(yīng)的是環(huán)流流場在出口處的壓力曲線低于無環(huán)流流場。

圖10 流場軸線上射流壓力曲線

圖11 流場軸線上射流速度曲線

2) 其他壓力條件下流場空化特性

計算不同環(huán)流壓力對射流空化效應(yīng)的影響。設(shè)置入口1的進口壓力p1為4， 6， 8 MPa,計算入口2的進口壓力p2為4， 6， 8 MPa以及無環(huán)流條件下的流場模型，經(jīng)過仿真計算以后，提取到沿流場軸線上氣相體積分?jǐn)?shù)N1變化曲線如圖12所示。在噴嘴出口處添加環(huán)流后，在不同的入口壓力下，空化射流的空化區(qū)域均向外延伸。從曲線的高度可以看出，添加環(huán)流后噴嘴內(nèi)部的空化程度更加劇烈。而隨著環(huán)流壓力的升高，噴嘴外部的空化區(qū)域向外延伸得更遠。

根據(jù)上述數(shù)值模擬結(jié)果顯示，射流在經(jīng)過喉管以后，由于流速上升，導(dǎo)致壓力下降，在噴嘴的空化腔體內(nèi)形成飽和蒸氣壓區(qū)域，射流在這個區(qū)域內(nèi)發(fā)生空化。當(dāng)空化射流進入到空氣以后，由于射流速度和周圍壓力均和噴嘴內(nèi)部發(fā)生較大的差異，射流與空氣介質(zhì)發(fā)生相互作用，射流周圍的壓力由飽和蒸氣壓變?yōu)榇髿鈮毫Γ瑢?dǎo)致進入大氣環(huán)境以后射流的空化效應(yīng)無法維持。因此擴展空化區(qū)域的關(guān)鍵就是使射流在進入空氣以后仍然可以維持在噴嘴腔體中的狀態(tài)。在噴嘴出口處設(shè)置環(huán)形流道，由于噴嘴出口處存在低壓區(qū)，使環(huán)流向內(nèi)形成錐形區(qū)域包裹住空化射流，相當(dāng)于給射流提供了“壁面”，隔絕大氣環(huán)境對空化射流的影響。空化射流在離開噴嘴以后仍然可以維持住噴嘴內(nèi)部的環(huán)境(壓強、流速)，使空化繼續(xù)發(fā)生。通過對不同環(huán)流進口壓力的流場形態(tài)的比較，發(fā)現(xiàn)環(huán)流壓力越大，越能維持住空化射流在離開噴嘴后的速度與壓強，保持空化射流的狀態(tài)不變，以此提高的空化效果。

3 環(huán)流空化噴嘴的試驗驗證

3.1 空化噴嘴結(jié)構(gòu)方案

基于CFD仿真結(jié)果，設(shè)計環(huán)流式空化噴嘴，其原理結(jié)構(gòu)如圖13所示。空化腔體兩端由噴嘴基座固定，基座徑向上設(shè)置有環(huán)流入口。其中噴嘴基座由鋁合金加工而成，空化腔體由于尺寸限制，采用100%材料密度填充的3D打印制作。

圖13 噴嘴結(jié)構(gòu)

射流經(jīng)由噴嘴基座上的空化射流入口進入到空化腔體中，在經(jīng)過喉管時，主水流流速上升，在空化腔體內(nèi)形成壓降，產(chǎn)生空化。另一股水流經(jīng)過設(shè)置在基座徑向上的環(huán)流入口進入到空化腔體與噴嘴基座之間的間隙，形成環(huán)形射流，在出口與來自空化腔體的空化射流匯合。

3.2 清洗試驗條件

為了驗證環(huán)流式空化噴嘴的清洗效果，搭建空化射流試驗平臺，由清洗機作為動力源，試驗裝置由空化噴嘴、管路、截止閥，被清洗對象以及清洗機組成，如圖14所示。為了使清洗效果明顯，選擇被測試對象為涂抹在不銹鋼上的油性筆涂層。空化射流入口壓力和環(huán)流入口壓力均為清洗機出口壓力，分別測試出口壓力為4， 6， 8 MPa時空化射流和普通射流對油性筆涂層的清洗效果。射流對油性筆涂層的清洗時間均為300 s，與噴嘴出口的距離分別為2， 6， 10 mm。

圖14 空化噴嘴試驗裝置

3.3 試驗結(jié)果分析

1) 4 MPa時射流清洗效果

在4 MPa時，空化噴嘴和普通噴嘴的射流形態(tài)如圖15、圖16所示，其流量分別為18.40， 15.24 L/min。由圖15可以看到，環(huán)形射流很好地包裹住了來自空化腔體的空化射流，在靠近出口處未出現(xiàn)明顯的發(fā)散現(xiàn)象。

圖15 4 MPa時空化射流形態(tài)

在2， 6， 10 mm處，空化射流對涂抹在不銹鋼上的油性筆涂層的清洗效果如圖17所示。在4 MPa 時，油性筆涂層僅在6 mm和4 mm有表面有被沖洗的痕跡。在清洗后的油性筆涂層表面，也無法觀察出射流打擊涂層表面的中心位置。

圖16 4 MPa時普通射流形態(tài)

圖17 4 MPa空化射流的清洗效果

普通噴嘴在清洗機出口壓力為4 MPa時的清洗效果如圖18所示。同等壓力條件下，從圖16可以看到，普通水射流的射流截面半徑比空化射流的截面半徑更小，因此前者的能量更加集中，對涂層表面的沖擊效果更強。在4 MPa時，普通噴嘴的清洗效果要好于空化噴嘴的，整個油性筆涂層都有被沖掉的痕跡。而空化射流雖然有空化效應(yīng)，可由于射流本身截面面積大，能量不集中，導(dǎo)致對涂層的清洗效果不明顯。

圖18 4 MPa普通射流的清洗效果

2) 6 MPa時射流清洗效果

將清洗機出口壓力提升到6 MPa，射流形態(tài)如圖19所示，流量為18.28 L/min。可以看出在6 MPa時，射流在噴嘴出口處有明顯朝軸線方向上的凹陷，這與圖10對流場的數(shù)值模擬結(jié)果是相對應(yīng)的。

圖19 6 MPa時空化射流形態(tài)

在2， 6， 10 mm處，空化射流對涂層的清洗效果如圖20所示。由于壓力增強，射流的沖擊的能量更大，空化射流的清洗效果變得更好。從涂層到噴嘴出口的距離來看，在10 mm和6 mm處，整個涂層沿涂抹的方向的痕跡被清洗掉。當(dāng)時距離變?yōu)? mm時，油性筆涂層上出現(xiàn)了和噴嘴出口相同直徑的圓環(huán)，說明在距噴嘴出口2 mm處，也就是射流空化區(qū)內(nèi)，隨著壓力的升高，空化射流對油性筆涂層的清洗效果發(fā)生了變化。

圖20 6 MPa空化射流的清洗效果

當(dāng)普通射流的壓力為6 MPa時，其流量為18.30 L/min，對油性筆涂層的清洗效果如圖21所示。與圖18相比，在距噴嘴出口2 mm和6 mm處出現(xiàn)了明顯的清洗中心。

圖21 6 MPa普通射流的清洗效果

從圖21中可以看出，在射流沖擊涂層的中心點處，其周圍的涂層被沖掉，呈現(xiàn)輻射狀的清洗痕跡。而中心點處的涂層卻保留了下來，形成了一個圓點。

3) 8 MPa時射流清洗效果

將清洗機出口壓力提升到8 MPa，空化射流形態(tài)如圖22所示，流量為17.06 L/min。噴嘴出口處射流朝軸線方向凹陷，與仿真結(jié)果相對應(yīng)。在2， 6， 10 mm處，空化射流對油性筆涂層清洗的效果如圖23所示。在8 MPa的壓力下，可以看到射流對涂層的清洗效果有了明顯的變化。在10 mm處，整個涂層表面都有被清洗的痕跡。而在距噴嘴出口2 mm處，空化射流的清洗特征發(fā)生了變化，整個油性筆涂層的中心部分被完全清洗掉，但是其四周部分則保留了下來，這與普通射流的清洗效果是截然不同的。

圖22 8 MPa時空化射流形態(tài)

圖23 8 MPa空化射流的清洗效果

普通射流的壓力為8 MPa時，流量為18.25 L/min，對油性筆涂層的清洗效果如圖24所示。相對圖21，在2～10 mm的距離區(qū)間內(nèi)，8 MPa的普通射流在射流中心點處留下的涂層圓點更加明顯。

圖24 8 MPa 普通射流的清洗效果

通過上述實驗表明，普通射流對油性筆涂層的清洗能力，并非由射流對涂層的沖擊力決定，而是由射流沖擊到涂層上以后，沿涂層表面擴散時對油性筆涂層產(chǎn)生的剪切力決定的。在射流打擊到涂層表面時，射流中心點處的流速為0，也就沒有對涂層表面的剪切效果，導(dǎo)致射流沖擊點處涂層沒有被沖掉[12]。而從空化射流的仿真結(jié)果可以看到，在噴嘴出口2 mm處，涂層處于射流的空化區(qū)域，由清洗效果可知，此處空化射流對油性筆涂層有著不同于普通射流的清洗原理。

3.4 空化射流沖擊力試驗

為了進一步驗證空化噴嘴出口處射流的特性，以及空化射流的相關(guān)力學(xué)特性，分別在距離噴嘴出口2， 4， 6， 8， 10 mm處設(shè)置材料為亞克力板、垂直于噴嘴出口處的靶件，使用瑞爾特T908拉壓雙向測力傳感器測量空化射流對靶件的作用力[11]。分別設(shè)置清洗機出口壓力為4， 6， 8 MPa，測得射流對靶件的作用力F的曲線如圖25所示，其中橫軸d2為距噴嘴出口的距離。

圖25 射流對靶件作用力曲線

在距離噴嘴出口2～10 mm的區(qū)間內(nèi)，普通射流對靶件的作用力是一條平緩的曲線。射流壓力越高，靶件受到的射流的作用力越大。而在相同區(qū)間內(nèi)，壓力為6 MPa時的空化射流對靶件的作用力不再是一條平緩的曲線。在距噴嘴出口 2～8 mm 的區(qū)間內(nèi)，壓力更高的6 MPa 空化射流對靶件的作用力反而比4 MPa時的空化射流更小。且6 MPa空化射流的作用力曲線整體位于6 MPa普通射流下方。當(dāng)壓力升高到8 MPa時，在8 mm以內(nèi)的區(qū)間內(nèi)，其空化射流對靶件的作用力曲線是最低的，距噴嘴出口為2 mm 時，靶件所受到的作用力不再是向外的沖力而是朝內(nèi)的吸力

由圖25可以看出，同等壓力條件下，空化射流對靶件的作用力曲線均處在普通射流下方。從數(shù)值模擬以及對涂層的清洗效果來看，環(huán)流式空化射流在噴嘴出口處會形成一個空化負(fù)壓區(qū)域，這個區(qū)域產(chǎn)生的低壓對靶件產(chǎn)生了吸附力，抵消了一部分射流對靶件的沖擊力，導(dǎo)致測量出的空化射流對靶件的作用力曲線要小于對靶件沒有吸附效果的普通射流。6 MPa時空化射流的空化效應(yīng)比4 MPa時更強，因此測量出的靶件的作用力曲線更低。而當(dāng)壓力提高到8 MPa時空化射流的空化效應(yīng)更強，負(fù)壓區(qū)域?qū)Π屑奈搅σ哺用黠@，完全抵消掉了射流對靶件的沖擊力，導(dǎo)致測量出空化射流對靶件的作用力表現(xiàn)為吸附力。

4 清洗效果分析

普通水射流打擊到涂層表面后沿表面散開，對涂層表面產(chǎn)生剪切力，留下輻射狀的清洗痕跡。而通過空化射流對涂層的清洗試驗，并結(jié)合空化射流對靶件表面的打擊力曲線可知，當(dāng)油性筆涂層靠近空化噴嘴時，噴嘴出口附近生成了低壓區(qū)，涂層表面處于空化發(fā)生區(qū)內(nèi)。空化射流不斷地生成氣泡對涂層產(chǎn)生沖擊，涂層表面受到的是來自低壓空化區(qū)的吸力，導(dǎo)致涂層在噴嘴出口附近的清洗效果表現(xiàn)為涂層中心區(qū)域被清洗掉。而周圍的涂層由于未處在低壓空化區(qū)域，射流對周圍涂層表面未產(chǎn)生足夠的作用效果，從而得以保存下來。

圖26 8 MPa空化射流出口橫截面處參數(shù)曲線

從不同距離下空化射流對靶件表面油性筆涂層的清洗效果來看，距離噴嘴越近，其噴嘴效果最好。但如圖26所示，從8 MPa空化射流的仿真結(jié)果可以看出，噴嘴出口外圓形截面上各相體積分?jǐn)?shù)N與距離并非呈線性關(guān)系。圓形截面上平均氣相體積分?jǐn)?shù)N2先升高后下降，在距噴嘴出口6 mm處達到最大值，水相平均體積分?jǐn)?shù)N3的最大值在噴嘴出口處，最大射流速度vmax在離開噴嘴以后隨著距離的增長迅速下降。因此，空化射流對表面的清洗效果并非僅由射流空化程度的強弱來決定。對于空化射流來說，水射流中未空化部分的體積分?jǐn)?shù)，空化程度的強弱以及射流本身速度的大小都是決定其最終清洗效果的影響因子。

5 結(jié)論

(1) 當(dāng)射流通過喉管時，由于截面面積突然減小，使流速提升，液體壓力降低。根據(jù)數(shù)值仿真結(jié)果，此時射流會在腔體中發(fā)生空化，隨著空化射流離開噴嘴出口，射流與大氣介質(zhì)發(fā)生相互作用，空化現(xiàn)象無法維持；

(2) 環(huán)流的存在使射流的空化效應(yīng)在噴嘴外部繼續(xù)存在。在噴嘴出口處添加環(huán)形射流后，由于出口附近存在低壓區(qū)，環(huán)流被大氣壓力朝軸線擠壓，形成錐形區(qū)域包裹住空化射流，部分隔絕了在噴嘴外部大氣介質(zhì)與空化射流的相互作用，使空化得以繼續(xù)發(fā)生。噴嘴內(nèi)部的空化效應(yīng)也得到提升，隨著環(huán)流壓力的增大，噴嘴出口處的低壓區(qū)域也向外延伸；

(3) 空化射流和普通水射流對油性筆涂層的清洗原理不同。普通水射流沖擊到涂層后，沿涂層表面散開，依靠射流在表面的剪切力來清洗掉涂層。而空化射流沖擊涂層表面時，涂層受到的是來自低壓空化區(qū)的吸附力，以及空化氣泡不斷破裂產(chǎn)生的沖擊。從而造成涂層中心處呈現(xiàn)出圓形的清洗痕跡；

(4) 通過測量空化射流對靶件的沖擊力，表明空化射流對靶件的打擊力并非與距離呈單調(diào)遞減關(guān)系。由仿真并結(jié)合試驗驗證可知，發(fā)現(xiàn)空化射流的清洗效果不僅與空化程度的強弱有關(guān)，也與射流速度，未空化部分的體積分?jǐn)?shù)等密切相關(guān)。