[发明专利]一种用于水射流破冰实验的球帽型高速水射流枪枪头

说明书

本发明属于高速水射流技术领域，具体涉及一种用于水射流破冰实验的球帽型高速水射流枪枪头。本发明生成的球帽状高速水射流冲击在冰板时瞬间形成的冲击波，该冲击波会使冰结构表面迅速产生裂痕，水射流形成的滞后流对于冰板产生二次冲击对于冰的结构进行二次破坏。本发明具有防混流的优点，生成的水射流不易与空气混合，射流的冲击性更好，且冲击到冰板等结构物上的压力便于测量，也更容易复现，从而对水射流冲击等机理研究实验提供稳定实验状态，在试验中更容易定量的分析出射流的性质和机理。本发明结构简单，产生的射流对环境无污染，且成本低廉，便于设计与生产。

技术领域

本发明属于高速水射流技术领域，具体涉及一种用于水射流破冰实验的球帽型高速水射流枪枪头。

背景技术

冰的物理性质在不同温度压强下具有较大的差异，其力学性能成为近年来的热门问题，其机理性质研究对于破冰、航运、极地等问题的研究具有重大意义，目前较为主流的破冰方式包括爆炸破冰，机械破冰等，爆炸式破冰主要依靠人工在水面及水下投掷炸药包或炸药包群对于冰面进行爆破，对于海洋生物的生存环境以及生态环境产生巨大影响，机械式破冰主要通过机械切割，破冰船冲撞，挤压方法进行破冰，破冰效率较低对于船体本身的结构要求较高。

高速水射流可以产生较大的压强从而对冰进行破坏，作为一种新技术，具有成本低、效率高、环保等优点，目前已被广泛应用于石油天然气勘探开发、超高压水射流钻井、钢材除锈、水力喷射分段压裂、高速水射流清洗等多种实际工况，在极地航行以及河流破冰过程中，水资源可以随时进行补充并且安全环保。高速水射流产生瞬间形成的冲击波作用于冰面可以引起冰板的变形和破坏，并且水射流可以直接冲击冰面对冰面造成弯曲破坏，水射流形成的滞后流还可以对碎冰进行清理和二次破损。

水射流破冰的机理研究中得到高速稳定的水射流十分重要，只有得到稳定的水射流才能对水射流作用于冰破坏机理进行更深入的研究，这种水射流就对于实验中的喷枪装置提出了较高的要求。

在现有对高速水射流的生成方法中，结构都和零件较多，不便于加工组装。以申请号为CN201822074855.5的发明专利高压水射流喷嘴装置及申请号为CN201911187408.3的发明专利可调多级增压水射流喷嘴为例，结构都比较复杂，生产设计上具有一定的局限性，且为了达到高速的射流效果，得到的高速流体没有本发明稳定。

在现有的水射流应用领域中，通过水射流研究冰的力学性质专利较少。以申请号CN201810604070.6的一种海上航行船体破冰系统为例，该专利主要是用水射流来切割冰，是一种机械式的破坏，与本发明不同。本发明依托的射流冲击时一瞬间产生的较大压力对冰造成破坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于水射流破冰实验的球帽型高速水射流枪枪头。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括入口稳定段、加速段和出口稳定段；所述的入口稳定段为直径为D₁的管道；所述的加速段为直径从D₁渐缩至D₂的管道，加速段长度为L₁，且满足D₁＞D₂；所述的出口稳定段为直径为D₂、长度为L₂的管道，且满足所述的入口稳定段的输入端设有阀门；所述的加速段直径为D₁的端部与入口稳定段的输出端连接，加速段直径为D₂的端部与出口稳定段的输入端连接。

本发明还可以包括：

所述的出口稳定段的输出端处由防混流轴套包裹；所述的防混流轴套将出口稳定段的高速水流与空气隔开，防止空气回流与水流混合；所述的防混流轴套与出口稳定段的输出端连接处呈倒角α，且α＜30°。

所述的入口稳定段、加速段和出口稳定段同轴对称，入口稳定段的直径D₁≤10mm。

本发明的有益效果在于：