水下跨介质射流破岩性能试验研究

针对水下岩石破碎过程中存在环境阻力大、破岩效率低等问题，提出一种水下气体辅助水射流的跨介质射流破岩新方法。在分析水下气体辅助水射流基本特性的基础上，搭建了可模拟气体辅助水射流破岩试验系统，探究了工作参数和喷嘴结构参数对水下气体辅助水射流破岩性能的影响，结果表明：岩石破碎是由水相水锤压力与气相空泡溃灭微射流共同作用的结果。在研究范围内，气流压力小于0.4 MPa时，气相空泡溃灭微射流引发的岩石破碎对气流压力的变化更敏感，而大于0.4 MPa时，水相水锤压力造成的岩石破碎对气流压力的变化更敏感。外喷嘴收缩段结构的变化对空泡发育的影响与其对射流冲击动压的影响相比较小，增大外喷嘴出口直径，射流的集束性出现先增加而后减小的趋势；随着外喷嘴直线段长度的增加，水下气体辅助水射流中空泡发育程度逐渐增强，但由气、液动量交换和摩擦阻力引起的能量损耗随之增加。与普通淹没射流相比，气体辅助可使得水射流破岩体积最大提高约1.5倍，比能耗则降低40%。随着气流压力的升高，岩石破碎体积先增大后减小，最佳取值为0.4 MPa;延长冲蚀时间，岩石破碎体积随之增加且有逐渐减缓的趋势，冲蚀时间设为30 s可兼顾水下气体辅助...