譚雅文，張逸群，于超，田守嶒*，熊浩，彭可文,2，王菲

1中國石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102249

2東莞理工學(xué)院廣東省分布式能源系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，東莞 523808

0 引言

空化作為一種水力現(xiàn)象，最早被人們發(fā)現(xiàn)在輪船螺旋槳沖蝕破壞[1-2]現(xiàn)象中，已有一百多年歷史，其本質(zhì)屬于相變[3-4]。這一相變過程中產(chǎn)生的蒸汽泡一般經(jīng)歷初生、發(fā)展、潰滅。在潰滅過程會(huì)伴隨著高溫、高壓、微射流、噪聲、聲致發(fā)光[5]等現(xiàn)象，會(huì)對(duì)接觸材料表面造成劇烈的沖蝕破壞。如堤壩[6]、螺旋槳、船閘[7]等高速水流經(jīng)過或沖擊的部位，都會(huì)遭到空化現(xiàn)象影響，帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。與此同時(shí)，利用空化強(qiáng)力的破壞特性(尤其是高溫、高壓、高速微射流、機(jī)械脈動(dòng)沖擊等)可以進(jìn)行破巖[8-10]、清洗[11-12]等作業(yè)，在石油鉆井[13-16]過程中有著廣泛的應(yīng)用，且顯著提高了機(jī)械鉆速?？栈瘒娮飚a(chǎn)生空化射流是利用空化能量的重要方式[17]。自振空化噴嘴空化能力強(qiáng)[4,18]，適用于井底圍壓環(huán)境，被廣泛應(yīng)用于鉆井工程中。

噴嘴尺寸結(jié)構(gòu)影響射流空化能力，空化射流具有周期波動(dòng)的特性[19]，射流過程中可以觀察到空化泡簇?fù)沓稍茽?，周期?nèi)空化云經(jīng)歷初生、發(fā)展、脫落和潰滅4個(gè)階段[20]，在同一位置，不同時(shí)刻，對(duì)應(yīng)的空化云形態(tài)是周期變化的，這種周期變化使射流沖蝕能力產(chǎn)生波動(dòng)，研究射流過程流場結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，有助于我們從另一個(gè)角度評(píng)價(jià)空化射流能力。

在目前的研究中，空化射流實(shí)驗(yàn)普遍采用高泵壓、大排量的實(shí)驗(yàn)方案，產(chǎn)生的空化現(xiàn)象劇烈，空化噪聲明顯，通過水聽器[21]等設(shè)備，研究空化噪聲頻譜特征，進(jìn)而對(duì)空化效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。但這一方法，容易受到環(huán)境噪聲和射流泵在內(nèi)的儀器設(shè)備的影響。通過高速攝影記錄的射流圖像，存在空化云劇烈，水中氣泡混合干擾，噴嘴內(nèi)部現(xiàn)象不可見的問題。而通過Fluent等軟件進(jìn)行模擬，一般選擇以獲得最小壓強(qiáng)為目標(biāo)函數(shù)展開，而空化泡發(fā)展、運(yùn)移、脫離、潰滅過程難以考慮[22]，難以捕捉空泡云形態(tài)變化規(guī)律，對(duì)此，部分學(xué)者把模擬角度放在渦結(jié)構(gòu)改變上，采取大渦模擬的方式，而大渦模擬本質(zhì)上是單相流動(dòng)，忽略氣相，更無法模擬相變，對(duì)空化泡產(chǎn)生，以及潰滅后反彈難以還原。

由此可見，通過室內(nèi)射流實(shí)驗(yàn)，開展可視化研究，對(duì)充分認(rèn)識(shí)和研究空化射流都具有重要意義。本文基于可視化實(shí)驗(yàn)研究空化射流，從射流流場中空化云形態(tài)變化及流場結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性兩個(gè)角度研究流場特性。前者聚焦流場中空化云初生—脫落—潰滅變化過程及其位置，這一規(guī)律影響空化射流沖蝕過程中最佳噴距和有效范圍的確定，充分認(rèn)識(shí)這一規(guī)律，有助于使空化現(xiàn)象作用于目標(biāo)靶件，提高射流沖蝕能力；后者聚焦射流過程不同流場結(jié)構(gòu)實(shí)際貢獻(xiàn)，從能量和時(shí)間平均角度對(duì)流場特性進(jìn)行解釋，明晰射流能量在射流過程中的分布，從流場結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和不同流場狀態(tài)下的能量占比角度優(yōu)化噴嘴，有助于提高射流沖蝕效率。噴嘴按現(xiàn)場使用的風(fēng)琴管式自振空化噴嘴設(shè)計(jì)，使用相同的Strouhal數(shù)，幾何結(jié)構(gòu)相似，由流體力學(xué)相似理論可知，本研究中流動(dòng)特征在一定程度上可以反應(yīng)現(xiàn)場規(guī)律。

1 自振空化射流可視化實(shí)驗(yàn)

空化射流實(shí)驗(yàn)裝置主要包括：磁力齒輪泵、節(jié)流閥、壓力傳感器、流量計(jì)、溫度傳感器、高速攝影、聚光燈、水箱、電腦等。圖1是整套實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖。磁力齒輪泵為JONSN-MRB型，高速攝影為Phantom V310型。管線由儲(chǔ)水箱經(jīng)濾網(wǎng)過濾，通過磁力齒輪泵、節(jié)流閥、壓力傳感器到自振空化噴嘴，射流后的廢液經(jīng)管線儲(chǔ)集到廢液桶里，聚光燈與高速攝影像機(jī)在同一軸線，針對(duì)空化噴嘴，節(jié)流閥測得的信息顯示在流量計(jì)上，壓力傳感器的數(shù)值顯示在壓力表上，流量計(jì)、壓力表以及高速攝影像機(jī)記錄的數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上儲(chǔ)存，并做關(guān)聯(lián)處理。

圖1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備Fig. 1 Experimental setup

實(shí)驗(yàn)水力參數(shù)設(shè)置，泵壓4 MPa，排量范圍在3.4 L/min～ 4.8 L/min，這一排量范圍對(duì)應(yīng)空化初生最小排量，和空化云超出拍攝視野范圍的最大排量，射流用水為室溫條件下自來水，高速攝影幀速20000 FPS，分辨率256 pix×256 pix。

本文中自振空化噴嘴結(jié)構(gòu)采用風(fēng)琴管式，以噴嘴出口直徑1.5 mm，泵排量4 L/min，泵壓4 MPa為基準(zhǔn)，按照共振原則，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)噴嘴，噴嘴結(jié)構(gòu)如圖2，分別研究諧振腔直徑D、長度L、出口長度l、出口角度α變化帶來的影響。

圖2 噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 2 Nozzle geometry

噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)按臨界Strouhal數(shù)原則[18,23-24]設(shè)計(jì)，主要參數(shù)設(shè)計(jì)遵循公式(1)、(2)和(3)。

式中，KN—諧振腔內(nèi)振動(dòng)的模數(shù)系數(shù)；N—諧振腔內(nèi)振蕩模數(shù)；Ma—射流馬赫數(shù)，無因次；V—射流速度；a—聲波在流體介質(zhì)中的傳播速度；Sd—臨界Strouhal數(shù)，無因次，取0.3或0.6；

按上述公式計(jì)算結(jié)果為基準(zhǔn)，對(duì)噴嘴各結(jié)構(gòu)設(shè)置對(duì)照組，各組與基準(zhǔn)噴嘴形成對(duì)照，設(shè)計(jì)結(jié)果如表1。

表1 自振空化噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Table 1 Structure design of self-resonant cavitation nozzles

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

高速攝影在射流穩(wěn)定后連續(xù)記錄2000幅圖像作為噴嘴在該排量下的數(shù)據(jù)。記錄后的射流圖像，需要提取空化云形態(tài)，主要借助Matlab對(duì)圖像進(jìn)行差分處理(Frame Difference Method，F(xiàn)DM)。主要步驟為，射流圖像與背景圖像做差去除背景，差分圖像灰度處理和二值化處理，使圖像中空化云呈現(xiàn)白色，其余部分全部為黑色，得到空化云形態(tài)。為避免射流過程中水域里自然氣泡移動(dòng)對(duì)空化云形態(tài)分析帶來影響，對(duì)圖像進(jìn)行降噪，然后進(jìn)行開運(yùn)算(低通平滑濾波)，獲得空化云形態(tài)主體，這一部分是造成空化沖蝕的主要部分，將空泡潰滅后造成的擾動(dòng)濾掉，最后獲得空化云圖像。

2.1 流場中空化云特征處理

對(duì)空化云圖像進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)空化云長度和體積信息?？栈崎L度決定空化云運(yùn)移距離，是衡量射流能否形成有效沖蝕和設(shè)計(jì)噴距的主要參考因素，在這里定義為每張圖像中白色范圍Y坐標(biāo)的極差；空化云體積反應(yīng)空化強(qiáng)度，是影響沖蝕效果的重要參數(shù)，為方便計(jì)算，這里定義為整幅圖片每行連續(xù)白色像素點(diǎn)區(qū)域平方和。

圖3 空化云體積計(jì)算原理Fig. 3 The calculation principle of cavitation cloud volume

2.2 流場結(jié)構(gòu)時(shí)均特征處理

本文主要通過本征正交分解實(shí)現(xiàn)流場結(jié)構(gòu)時(shí)均特征求取。本征正交分解(POD)是一種大規(guī)模數(shù)據(jù)分析方法，被廣泛應(yīng)用于圖像識(shí)別、信號(hào)處理、流場分析等領(lǐng)域。其基本原理是將原本結(jié)構(gòu)復(fù)雜的數(shù)據(jù)通過降階處理，而獲得一組基于最小二乘法的最優(yōu)正交基。降階處理得到的基函數(shù)，通常稱之為“模態(tài)”，模態(tài)具有能量特性，可以反映數(shù)據(jù)的時(shí)均特征，與空間信息相關(guān)，基函數(shù)之間，兩兩正交，互不干擾；基函數(shù)的系數(shù)，表示該階模態(tài)權(quán)重，即能量占比，與時(shí)間信息相關(guān)，而系數(shù)之間沒有關(guān)系。

對(duì)FDM處理后的2000幅圖片進(jìn)行本征正交分解(POD)，求取流場各階模態(tài)及其能量占比，由流場結(jié)構(gòu)主要特征及能量占比變化分析其穩(wěn)定性差異。

“最難的其實(shí)是理順支付政策，假如沒有醫(yī)保支持，即使我們很早開展，不少患者也會(huì)選擇寧愿排隊(duì)半年、手術(shù)后住院后3～4天，而非日間手術(shù)?！?/p>

通過本征正交分解提取每組2000幅圖片主要特征，計(jì)算該特征下流場結(jié)構(gòu)能量占比(時(shí)間占比)，并按照降序排列。能量占比越分散，說明該射流過程存在多種不同形態(tài)的主要結(jié)構(gòu)，由于各結(jié)構(gòu)在空間分布存在差異，不利于射流能量的利用，充分利用射流能量的難度也更大；反之，能量占比越集中，說明流場結(jié)構(gòu)特征越明顯，越簡單，射流結(jié)構(gòu)也更加穩(wěn)定。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 流場中空化云形態(tài)周期變化規(guī)律

射流形成的空化云具有明顯周期性，主要包括初生—發(fā)展—脫落—潰滅4個(gè)階段，由于初生現(xiàn)象不明顯，難以與空化發(fā)展(生長)進(jìn)行區(qū)分，云空化周期也可以認(rèn)為包括生長—脫落—潰滅3個(gè)過程[23]，本研究中，可視化實(shí)驗(yàn)為了觀察到空化云初生位置，將射流排量逐漸增大至空化初生。

圖4給出了單一周期內(nèi)空化云主要形態(tài)變化。從圖中可以看出，t=0 μs時(shí)刻空化初生，初生位置A位于噴嘴出口擴(kuò)展角過渡的位置，即邊界層分離前緣[3]，而非噴嘴中心，A處紅點(diǎn)為氣泡核心，從分離位置處，產(chǎn)生微氣泡，微氣泡迅速生長(膨脹)，然后空化泡繼續(xù)膨脹并相互作用融合，至t=350 μs形成泡狀凸起，與水翼空化現(xiàn)象類似，凸起迅速向下位移并互相擁簇成云狀。對(duì)空化云發(fā)展過程中的速度進(jìn)行估計(jì)算，以空泡云前緣為計(jì)算目標(biāo)，t=50～150 μs過程中空泡云前緣運(yùn)移速度在50 m/s左右，t=150～350 μs過程中速度降為30 m/s左右，主要由于噴嘴直徑變化引起。空化云繼續(xù)向下運(yùn)移，至t=500 μs時(shí)，在圖中B處發(fā)現(xiàn)，空化云開始脫落，脫落位置逐漸下移，且更加明顯，這一現(xiàn)象通常認(rèn)為是脫落位置B處產(chǎn)生向上的反向射流，反向射流與主流撞擊，造成空泡云的大尺度脫落[24-26]。激波理論是對(duì)于空化云脫落現(xiàn)象的另一種解釋，激波理論認(rèn)為噴嘴出口空化云大量迅速潰滅而產(chǎn)生水汽激波，壓力波向上傳遞到下一周期空化云前緣時(shí)，造成兩個(gè)周期的空化云脫落[27-28]，激波效應(yīng)在流速較快，空化數(shù)較小時(shí)難以忽略[23]。脫落后的空化云繼續(xù)向下運(yùn)移至C處，發(fā)生空泡云大量潰滅，并伴隨著體積迅速減小，直至完全消失。

圖4 空化云形態(tài)Fig. 4 The morphology of cavitation cloud

分析單周期內(nèi)空化云長度和體積變化，圖5所示，給出了射流過程中3個(gè)周期內(nèi)空化云長度和體積變化?？梢钥闯?，1)空化云長度和體積變化周期一致；2)同一周期內(nèi)，兩者變化存在時(shí)間差，這與空化云脫落與空泡潰滅有關(guān)；3)空化云體積在上升階段，會(huì)伴隨著一次小幅下降，與空泡脫落有關(guān)，說明脫落過程會(huì)伴隨著空泡的潰滅；4)空化云長度在下降階段會(huì)驟然減小，這是因?yàn)橹芷谀?，殘余的空泡運(yùn)移到遠(yuǎn)處突然潰滅所致。

圖5 空泡云長度及體積變化曲線Fig. 5 Length and volume curve of cavitation cloud

3.2 噴嘴結(jié)構(gòu)對(duì)流場中空化云影響規(guī)律

結(jié)合上述分析，對(duì)不同噴嘴，在不同排量下空化云差異進(jìn)行比較，為避免空化云周期變化影響，用空化云長度和體積的平均值進(jìn)行分析，按每組記錄的2000幅數(shù)據(jù)結(jié)果求取平均值，然后按照各噴嘴結(jié)構(gòu)尺寸變量進(jìn)行討論，討論結(jié)果如下。

(1)諧振腔長度變化影響規(guī)律

圖6中容易發(fā)現(xiàn)，延長諧振腔長度，空化云長度更長，說明延長諧振腔長度有利于空化泡運(yùn)移，在排量為4.80 L/min時(shí)，L=40 mm噴嘴空化云長度較L=16 mm噴嘴增長超過55%。而空化云體積變化一圖中可以發(fā)現(xiàn)，排量為4.80 L/min時(shí)，L=32 mm噴嘴空泡云體積最大。該實(shí)驗(yàn)以基準(zhǔn)噴嘴展開，其固有頻率與射流激勵(lì)頻率相等，過大或過小，會(huì)影響噴嘴共振效果，共振時(shí)，噴嘴出口流場壓力最低，更易激發(fā)流體空化，此時(shí)產(chǎn)生的空化云體積最大。由于可視化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的噴嘴尺寸較小，從噴嘴內(nèi)流場結(jié)構(gòu)可以看出，流體經(jīng)過入口反饋面時(shí)，邊緣撞擊壁面壓縮內(nèi)部流體，使進(jìn)入諧振腔射流的速度梯度增大，呈現(xiàn)中心加速，邊緣減速，諧振腔長度較短時(shí)，射流到達(dá)諧振腔反饋面前邊緣流速慢，難以形成較大的渦旋，使核心射流層厚度大，相對(duì)而言，諧振腔反饋面節(jié)流效果減弱；增大諧振腔長度，可以有效減緩由于諧振腔前入口反饋面帶來的影響，出口斷面形成大渦旋，充分壓縮射流核心段厚度，形成較快的射流速度，獲得更長的空化云長度。

圖6 不同排量下空化云平均體積隨諧振腔直徑變化(a)噴嘴內(nèi)流場結(jié)構(gòu)Fig. 6 The length and volume of cavitation cloud varies with L under different displacement(a)flow field in nozzle

(2)諧振腔直徑變化影響規(guī)律

從圖7可以看出，空化云長度隨諧振腔直徑增大而增大，排量大于3.7 L/min后D=7.0 mm噴嘴空化云長度增幅更加明顯，排量在4.8 L/min時(shí)，超過D=2.5 mm噴嘴70%左右，而空化云體積在D=4.0 mm時(shí)獲得最大值?？紤]反饋面的影響，增大諧振腔直徑，使來流撞擊反饋面卷曲成更大的渦旋結(jié)構(gòu)，對(duì)稱的反向渦旋壓縮射流核心，使之獲得更大的流速，核心流速增大，空化更容易發(fā)生，且運(yùn)移更遠(yuǎn)，但受反向渦旋的影響，出口處射流能量整體減小，獲得的空化體積有所減小。

圖7 不同排量下空化云長度和體積隨諧振腔直徑變化(a)噴嘴內(nèi)流場結(jié)構(gòu)Fig. 7 The length and volume of cavitation cloud varies with D under different displacement(a)flow field in nozzle

(3)出口長度影響變化規(guī)律

從圖8可以看出，出口段有最佳長度，為兩倍出口直徑。此時(shí)空化云長度和體積較其他噴嘴增幅在一倍左右。結(jié)合空化射流周期變化圖4可知，空化初生位置為出口擴(kuò)展段前緣，出口段過短，射流由于慣性，不能充分在這一位置實(shí)現(xiàn)邊界層分離，形成空化云；當(dāng)出口段過長時(shí)，由于出口直徑很小，泵壓低，使出口段內(nèi)射流能量迅速遞減，影響空化效果，綜上分析，出口段長度應(yīng)當(dāng)有最佳值，其他學(xué)者研究內(nèi)容也有相同發(fā)現(xiàn)，不過最佳長度有差異，彭可文[29]等通過數(shù)模計(jì)算得到的最佳長度為4倍出口直徑，這一差異與具體的出口直徑和水力參數(shù)有關(guān)，排量較大時(shí)，最佳長度會(huì)趨于穩(wěn)定。

圖8 不同排量下空化云長度和體積隨喉道長度變化Fig. 8 The length and volume of cavitation cloudvaries with l under different displacement

(4)擴(kuò)展角變化影響規(guī)律

圖9可以看出擴(kuò)展角最佳值為40°。擴(kuò)展角α=40°時(shí)，空化云體積較其他噴嘴有明顯增長，尤其是排量為4.8 L/min時(shí)，平均增幅超過60%。因?yàn)閿U(kuò)展角主要影響邊界層分離，角度越大，出口射流邊界層分離越明顯，而角度越大，該部分噴嘴直徑變化越快，使射流速度下降越快，空化云運(yùn)移速度下降也會(huì)越快，最終空化云長度減短。從空化云體積差異可以看出，40°時(shí)，空化云發(fā)育最充分，而考慮到較小的擴(kuò)展角對(duì)應(yīng)段直徑也較小，容易獲得更大的射流速度，所以在α=10°時(shí)，空泡運(yùn)移較遠(yuǎn)，空化云長度較長。

圖9 不同排量下空化云長度和體積隨擴(kuò)展角變化Fig. 9 The length and volume of cavitation cloud varies with α under different displacement

3.3 流場結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

射流過程中，空化云周期波動(dòng)，為獲得流場結(jié)構(gòu)時(shí)均特征，對(duì)射流圖像進(jìn)行POD處理。圖10給出了處理后一階模態(tài)、四階模態(tài)、六階模態(tài)和十階模態(tài)圖像，分析流場主要結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，低階模態(tài)主要表現(xiàn)為單一旋向的大尺度渦，而隨著模態(tài)階數(shù)增加，大尺度渦分解為小的渦旋，呈現(xiàn)正反旋向低強(qiáng)度渦交替的狀態(tài)。

圖10 模態(tài)圖像Fig. 10 Modal images

分析其模態(tài)能量占比發(fā)現(xiàn)，如圖11，一階模態(tài)占據(jù)絕大部分能量，隨模態(tài)階數(shù)增加，能量驟減，說明流場整體規(guī)律性強(qiáng)。本文以一階模態(tài)為主，對(duì)比各噴嘴在不同排量狀態(tài)下一階模態(tài)能量占比，以此分析噴嘴結(jié)構(gòu)對(duì)流場結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。

圖11 各階模態(tài)能量占比Fig. 11 Modal energy ratio of each order

表2給出了各噴嘴在不同排量下一階模態(tài)能量占比，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，諧振腔長度和直徑變化，對(duì)一階模態(tài)能量占比影響較大，從諧振腔長度變化帶來的影響可以看出，噴嘴諧振腔長度為L=16 mm時(shí)，以及L=24 mm低排量時(shí)，一階模態(tài)能量占比低，結(jié)合上一小節(jié)中分析，諧振腔長度過短時(shí)，受入口反饋面影響加劇，流場結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差。從諧振腔直徑變化帶來的影響可以看出，直徑D=7.0 mm一階模態(tài)能量占小，此時(shí)反饋面收縮比例大，入流沖擊造成的影響更明顯，流場結(jié)構(gòu)波動(dòng)也更加明顯，反饋面比例減小，類似于錐形噴嘴，射流過度平緩，周期脈動(dòng)減弱，流場結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增強(qiáng)。

表2 各噴嘴在不同排量下一階模態(tài)能量占比Table 2 First-order modal energy ratio of nozzles with different displacement

分析出口變化帶來的影響，當(dāng)出口長度l=3.0 mm即兩倍出口直徑時(shí)，一階模態(tài)能量占比高，射流結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好。出口擴(kuò)展角度變化，最低能量占比為74.63%，最高為84.59%，相較于其他參數(shù)改變帶來的影響很小，考慮空化初生位置在出口段擴(kuò)展角前緣，而噴嘴壓力最低位置在出口段中心，靠近反饋面處，說明在收縮斷面處空化可能已經(jīng)“初生”，而受限于拍攝設(shè)備的條件問題，或這種處于“激發(fā)態(tài)”的空化初生本身屬于流體的某種“穩(wěn)定狀態(tài)”而不能被觀察到，直到流體運(yùn)動(dòng)到擴(kuò)展角前緣，邊界層分離，空化泡才迅速初生—發(fā)展—膨脹，所以該階段空化云持續(xù)的時(shí)間占比接近，一階模態(tài)能力占比差距也較小。

4 結(jié)論

本文基于可視化實(shí)驗(yàn)，從射流流場中空化云形態(tài)變化和流場結(jié)構(gòu)穩(wěn)定角度出發(fā)，研究了流場結(jié)構(gòu)特性和噴嘴各部分之間的關(guān)系。本文形成的具體結(jié)論如下。

(1) 諧振腔長度影響射流空化能力和流場結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，適當(dāng)延長有利于空泡運(yùn)移。

(2) 諧振腔直徑增大有利于增強(qiáng)噴嘴自振效果，提高空化初生和空泡運(yùn)移能力，但直徑過大會(huì)使射流核心區(qū)域變薄，導(dǎo)致空化云體積減小，容易潰滅，影響沖蝕效果。

(3) 出口段長度有最佳值，本文實(shí)驗(yàn)結(jié)果為兩倍出口直徑，具體設(shè)計(jì)要考慮實(shí)際水力參數(shù)和噴嘴材料等因素，如材料摩阻系數(shù)等，可由實(shí)驗(yàn)確定。

(4) 出口擴(kuò)展角對(duì)噴嘴出口流場穩(wěn)定性影響較小，在本實(shí)驗(yàn)中最佳值為40°。

(5) 出口擴(kuò)展段前緣為空化初生位置，但空化在諧振腔和諧振腔反饋面處已經(jīng)“產(chǎn)生”，在擴(kuò)展段前緣邊界層處被“激發(fā)”，最終形成空泡云。