喷雾式香水瓶喷雾原理与洗发精瓶子出水原理分析与比较

喷雾式香水瓶喷雾原理与洗发精瓶子出水原理简析与比较

课程名称：流体力学

指导老师：swy

姓名：cyd

学号：

喷雾式香水瓶喷雾原理与洗发精瓶子出水原理简析与比较

【摘要】本文就香水瓶和洗发水瓶的出水原理进行定性分析与比较，主要运用了压强理论、伯努利方程、连续性方程，从器械构造及流体力学知识方面，较为详细地阐述了球压式喷嘴、按压式喷嘴及普通手挤式喷嘴的出水原理及特点,并得出液体的粘稠度是决定出水方式的关键因素这一结论。希望通过本文的分析，能帮助工程技术人员加深对相关出水原理的理解，为相关工程方面问题的研究与解决做好铺垫。

【关键字】香水瓶洗发水瓶子喷雾出水原理球压式按压式手挤式伯努利方程连续性方程流体力学雾化

Analysis and Comparison of

the Spray of Perfume and the Outflow of Shampoo

【Abstract】 The article discussed about the analysis of the spray of perfume and the outflow of shampoo, and make a comparison between two different ways as well. The discussion involves the theory of pressure, Bernoulli equation, and the continuity equation, making an elaborate description of how the fluids come out and what is their characteristics in the aspects of mechanical structure and fluid mechanics, and additionally gets a conclusion that the viscosity of the fluid plays the key role in deciding the ways of outflow. The article aims at helping engineers and technisists get a deeper understanding of the reason of the outflow and get prepared for relevant research and invention.

香水瓶、洗发水瓶是我们生活中常见的物品，但关于它们的设计领域，我们却很少涉及。在化妆品器械元件设计领域中，没有关于香水瓶、洗发水瓶瓶口的机械构造及出水原理介绍及相对专业的理论分析。本文就香水瓶和洗发水瓶的出水原理进行定性分析与比较，希望能填充这方面空缺，为工程技术人员提供一个理论参照。

喷雾式香水瓶喷雾原理

香水是一种混合了香精油、固定剂与酒精的液体，用来让物体（通常是人体部位）拥有持久且悦人的气味。①由于过量的香水对人体不益，同时为了达到喷洒范围大，喷射均匀等良好的效果，我们通常要求香水以雾状形式喷射。生活中常见的香水瓶有两种形式：一种是球压式喷嘴，如图1；另一种是按压式喷嘴，如图2。两种喷嘴的喷雾原理不尽相同，本文将分别对两种喷嘴结构原理进行阐述。

图1②图2③球压式喷嘴

1)喷嘴结构

图3所示的是一种改进后的球压式喷嘴的组装示意

图。其中伸降头（3）、锁头（4）等是为了防止香水在不

用的时候渗漏而设置，与喷雾原理无关，故在此不予以

讨论。

有图可见，球压式包括喷头（1）、座体（3）、外盖

（5）、气囊（6）、汲水管（7）等构件所组成。

使用时，挤压气囊，就会有香水喷出，松开后香水

停止喷洒。

2)物理模型

将该香水喷头主要部分提取出来，转化为物理模型，如图4所示。其中管（1）为进气杆，右端为小孔嘴；管（2）为汲水管，下部插入液体（香水）中，（3）为通气管，用于平衡瓶子内外压强。

①百度百科

②中国专利 - 国家知识产权局专利数据库，专利号200420107900.8，实用新型类，专利权属刘振富

③中国专利 - 国家知识产权局专利数据库，专利号02338732.7，外观设计专利类，专利权属香奈儿股份

有限公司

图3②

由于下面的讨论中出现了对气流的分析，因此，首先要确定该气流的可压缩性。在工程问题中，通常将低速流动的气体看作不可压缩流体，将高速流动的气体看作可压缩流体。对于速度大小，在空气动力学中，通常用马赫数（Mach number ）来度量。马赫数是速度与当地声速的比值。由实践表明，当马赫数0.3Ma <，即当速度3400.3102/V m s <⨯=时，气流被划分为低速气流。这时，我们可以认为该气流是不可压缩流体，可以不用考虑其密度的变化以及热力学关系，运用不可压缩流理论对其进行分析。④

虽然由气囊喷出的气流速度较大，但较0.3的马赫数来说，该速度仍较小，属低速气流，因此，之后的讨论可以从按不可压缩流理论对香水喷嘴进行分析。后文中所提到的所有“高速气流”均指小于0.3马赫数以下的相对高速气流。这是使用连续性方程及伯努利方程的必要前提。

下面将运用伯努利能量方程与连续性方程对该模型进行流体力学知识分析。

a) 出水原理——伯努利方程

假设管（1）中以恒定的流量输入空气，管（1）中的

气体状态稳定，。由于管（1）右端为尖嘴口，管口直径很

小，根据连续性方程 1122211AV A V V A d =⇒∝∝

可知， 在管（1）出口处，管（2）的上端M 位置，将

会产生横向的高速气流。由伯努利方程

2

2p

v z const g αγ++=

可知，在同一流线上，能量守恒。由于M 位置的气流速度v 很大，可知该位置的动能很大，而位置势能较之前无变化，故而M 处的压能远小于N 处压能，即M 处压强远小于N 处压强。虽然N 处的气体也有一定压强，但由于其速度不太大，可假定N 处压强约等于大气压强，与瓶子溶液上方U 处压强一样大。那么，由之前的分析可以知道M 处压强远小于大气压强，同时也远小于U 处压强。因此，容器中的液体被压入汲水管并上升至管（2）出口。

b) 雾化原理

流体上升到（2）管出口处后，被高速流动的气体吹散成雾状，并随气体喷射出去。水滴雾

④ 《国防科工委“十五”规划教材·力学 空气与气体动力学引论》第15页，共576页，李凤蔚主编，宋文萍、杨永、李杰、桑为民编，2007年5月第一版，西北工业大学出版社

图 4