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空化水射流以其高效、冷态、清洁的优点而备受关注，并被成功应用于工业清洗、断面切割、采矿等领域。空化喷嘴是产生空化射流的主要元件，近二十年来，学者们主要通过角形喷嘴及自振空化喷嘴产生空化射流，关于中心体式空化喷嘴的研究则非常少，主要由于其加工工艺复杂，并且空化射流强度也不理想。本文在国家自然科学基金项目“空化射流过程中空泡尺度对空蚀机理的影响(50806031)”资助下，对一种新型中心体空化喷嘴(非柱塞式中心体喷嘴)进行研究以期解决上述问题，主要通过数值计算和实验方法进行研究，数值模拟采用RNGκ-ε湍流模型和Mixture多相流控制方程。本文研究的主要内容和结论如下：
1.运用Fluent软件对圆形出口、正方形出口及三角形出口三种新型中心体喷嘴产生的空化流场进行数值计算，分析了淹没条件下三种喷嘴射流的空化特性，计算结果显示与非中心体喷嘴相比，新型中心体喷嘴的射流中产生舌形空化泡分布，这种集中的空化泡分布更有利于射流的打击作用；与传统柱塞式空化喷嘴相比，新型中心体喷嘴的空化泡扩散距离更远；相同压力下，异形出口的中心体喷嘴所形成的空化泡扩散距离远大于圆形出口中心体喷嘴；随着压力的增加，三种新型中心体喷嘴产生的空化泡扩散距离都明显增大，并且三角形出口的中心体喷嘴随着压力变化，其空化泡的扩散距离变化最大；喷嘴收缩段与出口段的过渡对射流性能有很大的影响，采用过渡连接的喷嘴在中心体背面和出口边壁更易形成低压区，有利于初生空化泡的形成与发展。
2.对正方形出口中心体喷嘴进行数值计算，改变结构参数发现：在中心体相对直径一定的条件下，存在喷嘴出口收缩度最佳值，并能产生适量的空化泡，有较理想的空化射流形态；中心体的相对直径，也明显影响空化射流形态：出口直径一定时，中心体相对直径较大的喷嘴，空化泡主要分布在射流流束中心，相对直径较小的喷嘴，空化泡分布在射流流束边界上；出口段长度也是影响射流流场中空化泡分布的重要因素，出口段越短，出口空化泡的延伸距离越长，同时射流径向上的空化泡体积份额也越大。改变进口压力发现：随着进口压力的升高，射流中空化泡扩散的距离增加；空化泡体积分数所达到的最大值也增高；较高体积分数空化泡在射流径向和轴向的分布范围都有所增加。
3.对不同结构参数的中心体喷嘴和普通喷嘴进行实验研究，通过实验发现出口直径一定时，中心体喷嘴的中心体相对直径越小，射流集束性越好，形成的空蚀坑孔径小并且深度深；从破岩体积方面比较，中心体喷嘴存在最佳的中心体相对直径；中心体相对直径达到一定值时，射流发散严重，形成环状空蚀形态。中心体喷嘴在淹没和非淹没射流条件下，随着靶距增加，都会形成半径逐渐增大，深度逐渐减弱的蚀坑；而通过空蚀体积比较，淹没射流时，存在最优的空蚀靶距，约是出口直径的4倍，非淹没射流时随着靶距增加，空蚀作用逐渐下降；在相同靶距下淹没射流的空蚀能力明显优于非淹没射流。普通喷嘴在淹没和非淹没射流条件下对比，发现在靶距小于2mm时，淹没射流作用效果优于非淹没射流，靶距4mm时，两种射流情况作用效果相当，而靶距超过8mm时，非淹没射流作用效果优于淹没射流。普通喷嘴和中心体空化喷嘴相比，在淹没条件下空化喷嘴破岩体积约是普通喷嘴的5到7倍。