RH真空炉的低压环境通过产生极大的压差，从根本上改变了射流的动力学。由于环境压力极低（通常为1,000–4,000 Pa），氧气射流在刚离开喷嘴时就成为“极度欠膨胀”状态。与在常压下保持集束流不同，射流被迫快速膨胀以与真空环境达到平衡。
核心要点 真空环境阻止了氧气射流的正常消散；相反，巨大的压降触发了马赫盘的形成。这些激波结构悖论式地延长了射流的超音速核心，使其能够在比标准大气条件下长得多的距离上保持高冲击能力。
欠膨胀的力学原理
压差
在RH真空精炼炉中，环境压力维持在非常低的水平，具体在1,000至4,000 Pa之间。
这与喷管内氧气的高压形成了巨大的反差。
这种差异是射流形态的主要驱动因素。
快速体积膨胀
当高压氧气从喷管进入这种真空环境时，它无法保持在狭窄的柱状内。
射流为了与周围的低压环境达到平衡，会向外快速膨胀。
从技术上讲，这种状态被定义为极度欠膨胀。
射流的结构变化
激波的产生
气体的快速膨胀足够剧烈，足以在射流内部产生强大的激波结构。
其中最关键的结构被称为马赫盘。
这些盘状结构是当流动高度超音速且欠膨胀时出现的驻波。
超音速区域的延长
虽然膨胀通常意味着焦点的丧失，但马赫盘的形成改变了这种动态。
这些激波结构显著延长了射流的势流核心。
这种拉长有效地将气流的超音速区域从喷嘴出口处延伸得更远。
理解物理上的权衡
膨胀与冲击
一种普遍的误解是，快速膨胀的射流会迅速失去其动能。
在这种特定的低压环境下，这种权衡有利于该工艺。
虽然射流确实会径向膨胀，但伴随的激波结构沿着其中心线保持了射流的连贯性。
“长距离”现象
马赫盘的存在创造了一种独特的运行特性：在长距离上保持冲击能力。
如果没有这种真空诱导的激波结构，射流可能会过快地扩散而无法有效作用。
因此，真空环境充当了一种机制，尽管喷管与熔池表面之间存在物理距离，但仍能保持射流对熔池的冲击力。
为您的目标做出正确选择
为了优化精炼过程，您必须认识到这种射流的行为不同于标准的常压气流。
- 如果您的主要关注点是喷管定位：请确保您的停距考虑到延长了的势流核心；射流在比标准计算可能暗示的更远的地方保持超音速。
- 如果您的主要关注点是工艺效率：即使射流在视觉上似乎在膨胀，也要依靠马赫盘的形成将动能传递到熔池。
真空环境不仅仅是一个被动的容器；它是一种主动的气动力量，可以延长您的氧气射流的致命射程。
总结表：
| 特征 | 大气环境 | RH真空环境（1,000-4,000 Pa） |
|---|---|---|
| 膨胀状态 | 平衡/轻微欠膨胀 | 极度欠膨胀 |
| 核心结构 | 标准势流核心 | 通过马赫盘延长的超音速核心 |
| 射流形态 | 狭窄且逐渐消散 | 快速初始膨胀伴随激波结构 |
| 冲击范围 | 短至中等 | 长距离冲击保持 |
| 激波 | 弱或无 | 明显的马赫盘 |
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