材料破碎等工程应用领域[414]，而对适用于水库泥沙淤积处理等方面的低压大流量自激脉冲射流装置研究较少。
为了解决水库泥沙淤积这一实际工程问题，笔者在自激脉冲射流喷嘴的腔室上适当开孔，使空气自吸入到腔室内，提高喷嘴的冲击性能，从而达到提高水库泥沙淤积处理的效果，于是就形成了水下低压大流量自激吸气脉冲射流喷嘴（已获国家发明专利）。通过对水下低压大流量自激吸气脉冲射流喷嘴的冲击性能和冲蚀效果试验研究发现[1516]，喷嘴的冲击性能和冲蚀效果与喷嘴的吸气量多少有关，而喷嘴吸气量的多少又与喷嘴的结构参数和运行参数有关。为此，本文采用量纲归一的分析方法就不同水深下的低压大流量自激吸气脉冲射流喷嘴吸气性能与其结构参数之间的关系进行研究，寻求合理的配比关系，以期提高脉冲液气射流泵的冲蚀效果。
1 试验装置与试验内容
1.1 试验装置
试验装置主要由动力泵组、电磁流量计、压力表、单级离心泵、自激吸气脉冲射流喷嘴、旋进旋涡流量计、循环水池、压力容器罐、靶盘、压力变送器和数据采集系统等组成，见图1。
自激吸气脉冲射流喷嘴结构参数与运行参数均采用无量纲数表示，见表1。2 试验结果及分析
2.1 吸气量对喷嘴冲击性能的影响
图4给出了不同喷嘴面积比的喷嘴相对冲击力在不同围压下（水深）随吸气量变化的曲线（围压01～06 MPa，模拟水深10～60 m）。由图4可知，在不同喷嘴面积比和不同围压下的喷嘴相对冲击力随着吸气量的增加而逐渐上升，而喷嘴相对冲击力随吸气量的变化受围压影响较大。小围压下的相对冲击力随吸气量变化的上升值高于大围压下的上升值，这是由于下喷嘴出口的液气脉冲射流受到了围压的影响，围压越高，受到的阻力就越大，射流速度衰减的就越快，达到相同靶距的冲击面时射流的冲击力就越小。在相同围压下，喷嘴面积比对喷嘴相对冲击力随吸气量的变化影响较小，大面积比的喷嘴相对冲击力随吸气量的上升值略小于小面积比的上升值。由文献[17]可知，喷嘴吸气量的多少影响液气脉冲射流的频率，而与不同面积比喷嘴结构的固有频率不协调，致使液气脉冲射流的冲击力受到了影响。
2.2 喷嘴面积比对喷嘴吸气量的影响
图5给出了相同工作压力（上喷嘴流速）下两种腔室结构的喷嘴在不同围压下的吸气比率随喷嘴面积比的变化曲线。由图5可见，在围压01～03 MPa下，两种腔室结构的喷嘴吸气比率随喷嘴面积比的变化略有不同，但在04～06 MPa围压下，喷嘴的吸气比率随喷嘴面积比的变化趋势基本一致。由文献[18]可知，在低围压下，相同工作压力对不同结构参数的自激吸气脉冲射流喷嘴内的压力变化规律基本相同，吸气量变化不大，而在高围压下，喷嘴内的压力变化规律不同，吸气量变化较大。因此，在围压小于03 MPa时，喷嘴吸气量随面积比的增加而增大，在围压大于等于04 MPa时，喷嘴的吸气量随面积比的增加出现了峰值，喷嘴面积比在30～40时，吸气量最大。在围压06 MPa和喷嘴面积比为5时，喷嘴吸气量下降很快。喷嘴面积比为5时，下喷嘴的直径是上喷嘴出口直径的2倍多，当上喷嘴提供的流量相同时，下喷嘴出口流速小，此时高围压通过下喷嘴对喷嘴内压力分布影响较大，负压脉动很小，喷嘴的吸气量大幅度减少。因此，在大面积比和高围压下，喷嘴吸气量就出现了骤降。
2.3 腔长对喷嘴吸气量的影响
不同面积比下的喷嘴吸气比率在不同围压下随相对腔长变化的曲线见图6。在喷嘴面积比为256和324时，不同围压下的喷嘴吸气比率随相对腔长的变化出现一个峰值，而在喷嘴面积比为40和484时，喷嘴吸气比率随相对腔长的变化出现了两个峰值，但喷嘴吸气比率最大的相对腔长的范围均为8～9，相对腔长为85时，喷嘴吸气量达到最大值。围压仅对喷嘴吸气比率随相对腔长变化的上升值的大小有影响，小围压上升值高于大围压上升值。
2.4 腔径对喷嘴吸气量的影响
图7为不同围压下的喷嘴吸气比率在不同工作压力下随相对腔径的变化曲线。由图7可见，不同围压下的高工作压力的喷嘴吸气比率随相对腔径的变化值高于低工作压力下的变化值，但随相对腔径的变化趋势基本一致。相对腔径为85和12时，喷嘴吸气比率最大，在相对腔径为105时，喷嘴吸气比率最小，最佳吸气比率的相对腔径范围是8～9和11～12。由图7可以看出，不同围压下的喷嘴吸气比率随腔径变化的起始吸气工作压力不同，围压越高，起始吸气工作压力越高，反之则低。喷嘴腔室内负压脉动的形成是由工作压力引起的，在围压不变时，工作压力越高，喷嘴腔室内的负压脉动幅值越大，吸气量也越大；当工作压力不变，围压越高，喷嘴腔室内的负压脉动就越小，甚至无负压脉动。因此，围压越高，喷嘴腔室内形成负压脉动要求的工作压力越高，也就是需要起始吸气工作压力越高。
2.5 喷嘴特征面积比对吸气量的影响
工作压力和上喷嘴直径影响着来流大小及来流扩散角，与腔径、腔长的大小共同影响腔体内负压脉动的形成，故三者配比后对吸气比率的影响是非常关键的。运用无量纲参数特征面积比来考察喷嘴结构参数对负压脉动的形成规律，分析喷嘴的特征面积比对吸气比率的影响规律，为进一步优化喷嘴结构参数、提升喷嘴冲击性能提供依据。图8给出了某一喷嘴面积比的喷嘴吸气比率在不同工作压力下随特征面积比变化的曲线。由图8可知，特征面积比对吸气比率的影响较为显著，吸气比率曲线随特征面积比变化的整体趋势与相对腔径和腔长对吸气比率的影响规律类似。吸气比率随特征面积比的变化先逐渐增大后减小，减小的幅值较大，然后又逐渐波动上升，但当特征面积比过大时，吸气比率又开始迅速下降。吸气比率随特征面积比波动上升过程也说明了腔长、腔径和上喷嘴的配比对吸气量的影响是比较显著的，单方面改变一个因素来改变特征面积比对吸气比率的影响是片面的，在选出较佳相对特征面积比的基础上对不同腔径、腔长、上喷嘴的合理组合也是影响吸气比率的关键因素。
综合分析不同围压及工作压力下特征面积比对喷嘴吸气比率影响规律可得，喷嘴最佳吸气比率的特征面积比范围为70、100～110。3 结论
（1）在不同喷嘴面积比和不同围压下的喷嘴相对冲击力随着吸气量的增加而逐渐上升，而喷嘴相对冲击力随吸气量的变化受围压影响较大。小围压下的相对冲击力随吸气量变化的上升值高于大围压下的上升值，大面积比的喷嘴相对冲击力随吸气量的上升值小于小面积比的上升值。
（2）在围压小于03 MPa时，喷嘴吸气量随面积比的增加而增大，而在大面积比和高围压下，喷嘴吸气量会出现骤降。在围压大于等于04 MPa，喷嘴面积比在30～40时，吸气量达到最大，可作为自激吸气脉冲射流喷嘴设计的依据。
（3）相对腔径、腔长对喷嘴的吸气比率均有影响，并确定了最佳吸气比率的相对腔径、腔长范围；不同围压下的喷嘴吸气比率随腔径变化的起始吸气工作压力不同。
（4）不同腔径、腔长、上喷嘴的合理组合是影响吸气比率的关键因素之一。无量纲参数特征面积比对吸气比率的影响较为显著，存在最佳吸气比率的特征面积比范围为70、100～110。
本文通过对自激吸气脉冲射流喷嘴的试验研究，初步得到了各结构参数吸气量较佳的配比范围，但对喷嘴腔室内负压脉动的形成机理还不太清楚，需要后期进一步研究。
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