水射流穿丝喷嘴设计
高压水射流清洗作业中喷嘴的设计原理和选型依据
圈 １ 几种典型 的内表面清洗喷嘴
图 ｌ ａ 型喷 嘴用 在管垢 比较难 打 、 （） 需要 多次 清洗 的情 况 下， 通过人工控制硬管 连续 冲洗 。图 １ ｂ 型喷 嘴只有 一孔 ， （） 所 有水射流的能量集 中 ， 能够增 强打击 力 ， 用于 清洗管程 短 的管 道。图 １ ｃ型喷嘴的适应工况是 压力低 （ｏ— ＇ 、 （） ３ Ⅱａ 流量 大。图 ） ｌｄ 型喷嘴 中心孔用于疏通被堵 塞的管道 ， （） 向后喷 孔产生 反作
Ｋｅ ｒ ｓ： ｏ ｚｅ ｆｒ ｙ ｗｏ ｄ ｎ ｚｌ ；ｏｍｓ； ｒ ｌｈ ｌｓ； ｌａ ｎ ｆｉｉｎ ｙ ｄ ｉ ｏｅ ｃｅ ｎｉｇ ｅ ｃｅ ｃ ｌ
０ 引 言
定喷嘴 、 二维旋转 喷嘴 、 维旋转 喷 嘴。图 １为几种典 型 的 内 三
表面清洗喷嘴 。
高压水射流清洗系统 由主机泵、 调压装 置、 软管与硬管 、 喷嘴 及控制装置等部件组成。高压水 射流成套设备应该 以喷嘴为 中 心， 因为喷嘴作为形成高压水射流的直接工况， 它的作用效果会直 接影响到系统的每个部件。选用与高压水射流清洗 系统相匹配 的 喷嘴， 可以减少水射流能量的损失， 提高清洗的效率。
［］ 何石 ， ４ 何凤岐 ， 杨京伟 ． 宽频 自动超声技术 在管道检测机 器人中应
用． 无损探伤 ，０ ４ ｓ ５ ：６—３ ． ２Ｏ ，２ （）３ ８
［］ 何石 ， ５ 何凤歧 ， 杨京伟 ． 油管腐蚀超声 检测探头阵列 与数字图 长输 像处理技术研究 ， 第九届 全国无损 检测新 技术学术研讨 会 宁波 ，
ｓｉ ．ｙｕ ｄｒａｄ ｇｔｅ ｏｚ ｅｉ ｏｅｓ ｎ ｐｃｏ ｔ ｏｚ ｅｆｍ ｎｅ ｓｌ ｔｎａｄ ａ ｈ ｇｅ ，￣ ｓｓｍ ｏ ｎｚ ｅ， ｕ ｓＢ ｎ ｅ ｔ ｉ ｚｅｄｓ ｎｐ ｃｓ ａｄｉ ａｔ ｆｈ ｎｚｌｐｒ ｒａｃ ， ｅ ｉ ｔ ｉ ｅ ｔ ｓｎ ｎ ｈ ｎ ｌ ｇ ｒ ｍ ｅ ｅ ｏ ｃ ｅ ｏ ｎ ｍ ｃ ｎ ｌｍ ｙｅ ０ ｓ ｔ ｆ
喷嘴结构对高压水射流影响及结构参数优化设计
喷嘴结构对高压水射流影响及结构参数优化设计1韩启龙，马洋(第二炮兵工程大学 动力工程系， 陕西 西安 710025)摘要：喷嘴是产生高压水射流的关键部件，其结构形式对射流动力学性能有很大影响。
以圆柱形喷嘴为对象，进行喷嘴结构对高压水射流的影响分析及结构参数优化设计。
采用两相流计算流体力学模型进行喷嘴内外的射流流场分析。
为节省计算资源，在优化设计时引入Kriging 代理模型替代计算流体力学模型。
分别采用改进的非劣分类遗传算法（Nondominated Sorting Genetic Algorithm, NSGA-II ）和基于分解的多目标进化算法（MultiObjective Evolutionary Algorithms based on Decomposition, MOEA/D ）进行单目标和多目标优化设计。
研究结果表明：直线型喷嘴总体性能较优，凹型喷嘴次之，凸型喷嘴性能最差。
以直线型喷嘴为设计对象，以射流初始段长度和流量为目标，得到了单目标和多目标优化设计结果，单目标优化时，两个指标较基准外形分别提高14.71%和27.56%。
多目标优化时，优化得到的半锥角处于[15.4 , 89.8 ]区间上。
基于代理模型和进化算法的全局优化方法在进行喷嘴的优化设计时是有效的。
关键词：高压水射流；喷嘴；全局优化；两相流；代理模型；MOEA/D 中图分类号：V411 文献标志码：A 文章编号：Influence of nozzle structure on high pressure water jet andoptimization design of nozzle structure parameterHAN Qilong, MA Yang(Second Artillery Engine ering University, Xi’an 710025, China ）Abstract : Nozzle is the crucial component used to generate high pressure water jet, and its structure form has large influence on dynamic performance of high pressure water jet, so the influence of nozzle structure on high pressure water jet is analyzed, and the optimization design of nozzle structure parameter is implemented in this paper. Two phase flow computational fluid dynamics model is employed to analyze flow field. The Kriging surrogate model is used to replace the computational fluid dynamics model in the process of optimization design for reducing the computational resources. The Nondominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II) and MultiObjective Evolutionary Algorithms based on Decomposition (MOEA/D) are respectively employed to carry out single and multi objective optimization design. The research results were summarized as follows. First, the general capability of line-form nozzle was the best, then the concavity-form nozzle, and the protruding-form nozzle has the worst capability. Second, the single and multi objective optimization design of line-form nozzle was implemented, in which core zone length and mass flux of water jet were taken as optimization objectives. Compared to the baseline, the two indexes increased by 14.71% and 27.56% respectively after the single objective optimization. The optimal semi-cone angle after multi objective optimization located on [15.4 , 89.8 ]. Third, the global optimization algorithm based on surrogate model and evolutionary algorithm was proved to be effective. Key words: high pressure water jet ；nozzle ；global optimization ；two phase flow ；surrogate model ；MOEA/D1收稿日期：2015-11-20基金项目：国家自然科学基金青年科学基金项目（E031303）第二炮兵工程大学科研基金青年项目（2015QNJJ034）作者简介：韩启龙（1979－），男，甘肃宁县人，硕士，副教授，E-mail ：longfeng.061106@马洋（通讯作者），男，湖南澧县人，博士，讲师，E-mail ：mldy0612@由于具有清洗质量好、清洗速度快、绿色环保、安全性能高等优点[1]，高压水射流在固体发动机推进剂的清洗和切割中具有很好的应用前景[2,3]。
高压水射流喷嘴的设计及其结构优化
高压水射流喷嘴的设计及其结构优化针对于水射流切割系统而言，关键的设备之一就是喷嘴，严重影响射流内部流场和水射流动力学性能。
通过分析和研究传统直线类型喷嘴，改进喷嘴流道结构，将既具有过渡段和平直段又具有收缩段的流线型喷嘴设计出来。
标签：高压；水射流喷嘴；设计；结构前言：无论对射流流场分布，还是水射流力学性，喷嘴都具有至关重要的影响。
喷嘴结构好能够将水射流加工的精度和效率有效地提升。
喷嘴内部水射流运动的速度也非常快，因此，嚴重磨损喷嘴的结构[1]。
怎样设计出既能够满足加工效率和精率又耐用的喷嘴结构，是当前国内外学者研究和分析的重要课题。
一、设计高压水射流喷嘴（一）水射流结构和机理1.水射流的结构。
射流就是流体通过小孔或者狭缝流动的一种现象。
水射流结构图见图1所示。
图1中分为初始段、基本段、转折段以及消散段四个段。
射流初始段，射流离开喷嘴，虽然就会由于与环境介质能量的转换，而有扩散和紊动剧烈地发生，但是，射流速度并没有改变，而且射流轴线方向上的动压力值和密度，都是保持不改变的。
基本段，射流轴向速度值和动压力值都在渐渐地且有规律地减小，在与轴线断面上垂直时，无论是射流的轴向速度值，还是动压力值，分布都是呈高斯曲线。
转折段，由于射流方向和大小都会有一个突变，所以称此段为“转折段”。
消散段，也是射流最后的一段，射流与射出环境介质在该段中已经完全融合，射流轴向速度和动力值这时都非常小。
结合不同需求来利用不同段的射流，致使射流的最大能量转换率和使用率能够有效地实现[2]。
2.水射流的机理。
水射流就是通过一系统或者一个小孔，将一定静压水喷射成水流且形成细小流线束，致使这种细小流线束既具有较高动压，又具有较高流速。
根据不同标准，水射流分类也不同。
根据驱动压力分：可以分为超高压水射流、高压水射流、中压水射流以及低压水射流。
该文水射流压为选用的是200Mpa，属于超高压水切割。
根据环境介质分：可以分为淹没式式射流和非淹没式射流。
喷嘴设计及计算
流线圆锥形喷嘴是上述两种形式之结合，图12就是这种形式的喷嘴。从图可以看出来，水流自喷管先经过喷嘴的流线形段，继而经过圆锥形段。从加工来说，凸流线形喷嘴易于加工。由于圆锥形喷嘴有结构简单，加工方便等优点，所以目前喷头大多采用圆锥形喷头。
第二节喷嘴直径的确定
喷嘴直径是一个重要的数值，它直接影响到喷灌质量，如喷灌强度，均匀度和雾化程度。它又和喷头的结构和水力性能有极为密切的关系，诸如喷灌直径Dcm，喷头流量，射程和工作压力等。
提供各种雾化效果最佳选择：
压力值一般为0.2-0.7Mpa左右
而当管口直径为2~3毫米时，H/Dc值选3000，压力值选0.7Mpa左右，喷嘴仰角在40度到45度左右，
光洁度在 。
四改变喷头喷洒轨迹的力学途径
很多喷头采用的是喷洒轨迹为弧形的喷洒喷头，很浪费水源，面对多种喷洒的要求，本研究采用弧形轨迹改为方形轨迹为研究对象，依据流体力学原理，提出改变喷头喷洒轨迹的力学方法及途径。
喷嘴光洁度
流量系数
0．86
1．84
三设计喷头最优参数选择
由以上应选取45度内锥角，流量系数为0。86。光洁度（表面光洁度）应为 。考虑影响射程和水滴直径H/Dc值，H/Dc对喷头有高度影响，比值H/Dc在一定程度上反映雾化程度，即喷洒雨滴的直径，所以大家把它称为雾化指标。当H/Dc=3000时有最远射程。喷头工作压力和喷头直径的比值H/Dc是随其增加，水滴直径将减小，对于不同的喷嘴，，在相同的H/Dc下，随着喷嘴直径的增加而水滴直径将减小。
综上所述，由于喷嘴直径的大小影响到喷头的喷洒量，功率消耗，射程和水底大小，，所以喷嘴止直径的确定，应以式
喷头直径Dc(毫米)
适宜的H/Dc值
2~4
工业锅炉高压水射流清洗喷嘴的合理结构设计
工业锅炉高压水射流清洗喷嘴的合理结构设计一、工业锅炉高压水射流清洗的紧要性及现状工业锅炉高压水射流清洗是锅炉保养和维护中的一项紧要工作，可以有效地清洗锅炉内部的管道和零部件，清除锅炉内部的水垢、焦渣、铁锈等杂质，防止锅炉管道堵塞、内壁腐蚀，提高锅炉的运行效率和安全性。
目前，国内很多工业企业在锅炉清洗方面存在一些问题，例如清洗时间长、效果差、费用高等，需要采纳先进的技术和装备进行改进。
高压水射流清洗技术是目前国内外比较先进的清洗方法，其清洗效率高、环保、操作简单，因此受到了广泛的应用。
二、高压水射流清洗喷嘴的结构及工作原理高压水射流清洗喷嘴是高压水射流清洗装备中最关键的部分，其设计合理与否直接影响清洗效果。
高压水射流清洗喷嘴重要由喷头、节流件、膨胀节和涡轮式多级节流装置构成。
1.喷头：喷头是高压水射流清洗装备中的关键部件，喷嘴的尺寸和形状对水流的出口速度和形态起侧紧要的作用。
喷头的结构一般是柔性组合式，既能适应不同规格的管道，又便利更换维护。
2.节流件：节流件用来调整水流的流量和压力，其直径和节流孔的形状对水流的速度和量起侧紧要作用。
一般选用耐磨损、热稳定性好的材料，以保证长时间的正常使用。
3.膨胀节：膨胀节是用来缓冲水流的冲击力和振动的一种组件，其结构相对较简单，可采纳金属材料制成。
4.涡轮式多级节流装置：多级节流装置采纳锥形节流件和涡轮式节流结构，可有效降低水流的速度和压力，使水流更加稳定，清洗效果更佳。
高压水射流清洗喷嘴的工作原理是将水经过高压泵加压后，通过喷头形成高速、高压水流，通过喷嘴中的节流件、膨胀节和涡轮式多级节流装置掌控水流的流量和压力，实现对锅炉内部管道和构件的清洗。
三、高压水射流清洗喷嘴的结构设计高压水射流清洗喷嘴的结构设计重要涉及喷头的形状和尺寸、节流件的形状和直径、膨胀节的材质和数量以及涡轮式多级节流装置的结构等几个方面。
1.喷头：喷头的内部结构应设计成能适应不同规格管道的柔性组合式，可以依据实际需要更换不同规格的喷头，以提高清洗的效率和削减维护成本。
高压水射流喷嘴设计
本科毕业设计（论文）通过答辩摘要：高压水射流技术是近三十年来发展起来的一项新技术，在采矿、冶金、石油、建筑、化工、市政建设及医学领域得到广泛应用并取得可喜的成果。
从原理上讲，它与世隔绝我国煤矿中使用已久的水力采煤技术基本相同，都是把具有一定压力的水通过直径较小的喷嘴形成射流，将这股射流作为工具进行切割、破碎和清洗物料。
所不同的只是高压水射流的水压更高、喷嘴直径更细而已。
水力采煤中使用的水压通常为5~15MP，水枪出口直径为15~30mm；而高水射的水压一般在30MP以上，有的高达数百兆帕，喷嘴直径则在2mm以下，最小的可达0.1mm。
因此高压水射流可以在很小的区域内集中极大的能量，例如100MP的高压水射流的能量束密度可以与激光束相匹敌。
本毕业设计题目是水射流采煤机切割装置设计。
主要阐述了高压水射流技术在采煤机上的应用之背景，优缺点和所需要解决的问题等方面的内容。
高压水射流和采煤机联合进行破煤是一门新技术，需要解决的问题还很多。
本设计主要是关于喷嘴在滚筒上的布置，水路控制系统和高压旋转密封等方面作初步的尝试。
设计了一种用高压水射流控制水路，水射流辅助截齿破煤的滚筒结构。
关键词：水射流；截齿；喷嘴；滚筒1 水射流采煤综述1.1高压水射流概述煤炭作为我国一次能源的主体,它的持续、稳定和协调发展,无疑具有重大意义。
采掘机械的技术水平则是发展煤炭工业中的关键环节。
加强采掘机械的科学技术研究工作是煤炭工业增产、节约能源消耗、保障工人安全、高效率等方面的发展的重要技术手段。
高压水射流技术是近几十年来逐渐发展起来的一门新兴技术。
它的应用发展日趋成熟和广泛。
在这种形式下，人们试途将高压水射流技术应用于矿山机械中，特别是采掘机械中，已经取得初步成果。
这必将推动煤炭工业的进一步发展。
高压水射流的基本原理是将具有一定的压力水通过直径较小的喷嘴形成的射流，并将这股射流作为工具进行破碎、切割和清洗等工作。
一般水压在30MP以上，而喷嘴的直径仅在2mm以下。
井下水力喷射泵喷嘴头的设计与计算
毕业论文(设计)题目名称：井下水力喷射泵喷嘴头的设计与计算题目类型：毕业论文学生姓名：宁伟院 (系)：机械工程学院专业班级：机械11101班指导教师：易先中辅导教师：易先中时间： 2015.3.10 至 2015.6.10目录目录 (Ⅰ)长江大学毕业设计(论文)任务书 (Ⅱ)毕业设计开题报告 (Ⅲ)指导教师评审意见 (Ⅳ)评阅教师评语 (Ⅴ)答辩记录及成绩评定 (Ⅵ)井下水力喷射泵喷嘴头的设计与计算....................................... V II 1正文.. (IX)1.1前言 (IX)1.2射流泵研究与应用概述 (IX)1.2.1 射流泵理论发展状况 (X)1.2.2 射流泵水动力学特性 (XII)1.2.3射流泵的最优参数 (XV)1.2.4 湍流模式理论...................................................................................................... X VI1.2.5 射流泵研究存在的问题 (XVIII)1.3论文研究的主要内容 (XIX)2 射流泵基本特性研究 (XIX)2.1射流泵的工作原理及基本特性参数 (XIX)2.1.1射流泵的结构及工作原理............................................................................... X IX2.1.2射流泵基本特征指数......................................................................................... X XI2.2射流泵的基本特性方程.......................................... X XIV2.2.1特性方程理论研究 (XXIV)2.2.2 射流泵的效率......................................................................... 错误！未定义书签。
圆形自由水射流冲击换热及喷嘴布置
圆形自由水射流冲击换热及喷嘴布置柳翠翠;姜泽毅;张欣欣;张成;马强【摘要】Mathematical models for flow and heat transfer combined with theoretical analysis and numerical solution are developed to predict the free surface water jet impingement heat transfer for design of water jet cooling equipment with large axles. The stagnation region, boundary layer region and similarity region are numerically solved separately by differential method. Heat transfer characteristics are obtained and validated by comparison with experimental data. Effects and contributions of key parameters on the free surface water jet heat transfer are analyzed and the arrangement for nozzles is discussed. The results show that the Reynolds number based on the nozzle diameter is a dominant parameter in local Nu-r/d distribution. The area-averaged Nusselt number increases with nozzle diameter at a constant Re and the same impinging areas, and with nozzle flow rate. At a constant flow rate, Re and nozzle diameter exhibit comparable heat transfer capacities in small impinging areas, while the combination of larger nozzle diameter and smaller Re presents a better heat transfer effect in larger impinging areas. The area-averaged Nu has a small decrease with the aspect ratio decreasing from 1: 1 to 1: 4. The staggered arrangement for nozzles is better than in-line arrangement for uniform heat transfer though the area-averaged Nu values are nearly the same.%@@ 引言rn水射流冲击冷却由于具有较高的换热能力,广泛应用于机械和化工行业,以实现工件的快速冷却和控制工件的温度变化.在大型轴类工件(工件直径D=1000～3000 mm)喷水冷却装置中,多喷嘴圆孔自由水射流以特定阵列布置冲击至工件表面,相对短暂的沸腾换热结束后,阵列自由水射流即以强制对流方式实现工件冷却.因此,自由水射流冲击换热特性及多喷嘴布置形式对喷水冷却装置的结构设计至关重要.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2011(062)005【总页数】7页(P1275-1281)【关键词】冲击射流;冷却;喷嘴布置【作者】柳翠翠;姜泽毅;张欣欣;张成;马强【作者单位】北京科技大学机械工程学院,北京100083;北京科技大学机械工程学院,北京100083;北京科技大学机械工程学院,北京100083;北京科技大学机械工程学院,北京100083;中国航空规划建设发展有限公司,北京102206【正文语种】中文【中图分类】TK124水射流冲击冷却由于具有较高的换热能力,广泛应用于机械和化工行业,以实现工件的快速冷却和控制工件的温度变化。
脉冲水射流喷嘴设计毕业论文
xx工业大学科技学院论文（论文）摘要喷嘴作为水射流切割系统的关键设备之一，对水射流的动力学性能和射流内部流场的分布有着重要的影响。
好的喷嘴结构可以提高水切割的加工效率和加工精度。
因此寻求更好的喷嘴结构和优化喷嘴的重要参数已经成为国内外学者研究的热点和难点。
本论文首先从喷嘴的各主要参数着手，设计出五种不同流线的喷嘴流道，通过以上方法进行模拟分析后得出：喷嘴的过渡段长度对喷嘴的动力性能和喷嘴的内部流场影响比较大，对射流具有稳定作用，使得各喷嘴内部的动压力值是呈尖帽状分布。
喷嘴的发散角对射流出口处的流场分布比较大，有发散角的喷嘴射流在出口处的分布相对无发散角的喷嘴要细致。
过渡圆角对喷嘴的影响也较为明显，有过渡圆角的喷嘴的射流的核心段长度较无过渡圆角的射流的核心段长度要长。
所以具有过渡段、发散角和过渡圆角的喷嘴结构的内部的流场特性最佳。
这种喷嘴在出口处的径向速度较大，有利于射流和磨料的充分混合，所以很适合作为后混合式水射流切割机喷嘴。
最后本论文通过对喷嘴的主要参数之一的长径比做了详细的模拟分析，在喷嘴的过渡段直径不变的前提下，分别分析不同长径比下的喷嘴的各流场的分布情况。
对比后得出在相同的情况下，喷嘴的长径比越大，喷嘴出口射流的集束性越好，动压力值和轴向速度越大，有利于切割加工。
通过对喷嘴的其他主要影响因素喷嘴直径、过渡段直径、收缩角和发散角通过正交实验的方法，对其进行参数优化，从而得到相对最优化的喷嘴参数组合。
关键字：喷嘴，水射流切割，I脉冲水射流喷嘴设计ABSTRACTAs one of the key equipment of the water jet cutting system, the dynamic performance of the water jet and the internal flow of the jet The distribution of the field has important influence on. Good nozzle structure can improve the processing efficiency and accuracy of water cut. Because It has become a hot and difficult research topic in the domestic and foreign scholars to seek better nozzle structure and optimize the parameters of the nozzle.Point.This paper begins with the main parameters of the nozzle, the design of five different flow lines of the nozzle flow,By above methods to carry on the simulation analysis, we conclude that: nozzle of transition section length of nozzle of the dynamic performance and the nozzle internal flow field affected relatively large and the jet has a stabilizing effect, making the nozzle internal dynamic pressure value is a hat tip shaped distribution. The divergence angle of the nozzle is quite large to the flow field at the outlet of the jet, and the nozzle jet with divergence angle at the outlet of the nozzle has no divergence angle. The impact of the transition fillet on the nozzle is also more obvious, there is a transition fillet nozzle of the jet core segment length is longer than the length of the core segment of the jet. So the internal flow field characteristics of the nozzle structure with transition section, divergence angle and transition fillet angle are the best. The radial velocity of the nozzle at the exit is larger, which is beneficial to the mixing of the jet and the abrasive, so it is suitable as a post mixing type water jet cutting machine nozzle.In the end of this paper, a detailed simulation analysis is made on the long diameter of one of the main parameters of the nozzle.The distribution of the flow field of the nozzle under different length diameter ratio is analyzed under the condition of constant diameter of the transition section. Contrast In the same situation, the larger the ratio of the nozzle length, the better the convergence property of the nozzle outlet jet, and the dynamic pressure value And axial velocity is greater, it is conducive to the cutting process. The nozzle diameter and the transition of the other main influence factors of the nozzle The section diameter, the contraction angle and the divergence angle are optimized by the orthogonal test method, and the corresponding parameters are optimized.Optimized combination of nozzle parameters.Keywords:nozzle, water jet cutting,IIxx工业大学科技学院毕业设计（论文）目录第1章绪论 (7)1.1 课题的目的和意义 (7)1.2国内外研究现状 (7)1.3本文的研究内容 (8)第2章对主要设备的选型与计算 (9)2.1泵的选型 (9)2.2电机的选型 (11)2.3 储能器的选型 (13)第3章对主要零件的工艺分析与计算 (18)3.1 齿轮的工艺分析 (19)3.2 水管夹具的设计与材料选择 (23)3.3 水管薄壁的材料的选择与计算 (25)3.4接头的材料选择 (26)3.5 喷嘴的计算 (29)结论 (38)参考文献 (39)致谢 (40)III脉冲水射流喷嘴设计第1章绪论1.1 课题的目的和意义脉冲射流技术从世纪年代逐步发展起来，并在多个领域已经被广泛的应用，如钻井采矿、除锈和切割等方面。
喷嘴设计及计算
喷头直径Ｄc（毫米）
适宜得H/Dｃ值
２～4
4~6
６～10
1０～16
16～20
10000~８000
8００0~70０0
7000～4０00
４000～300０
3０00~２５00
喷头内腔锥角又称渐缩角，试验表明，最适宜得喷嘴内锥角，喷嘴冲出得射流密致段较长,从而使喷头获得最大射程。由于喷嘴近似圆锥形收缩管,所以锥角收缩管水力摩阻试验得到验证，即由于其有较小得摩阻系数，因而使得喷嘴前压力较大而使喷头射程较远。
由于喷头就是有压孔口出流,其出流量与喷嘴有密切得关系,计算式,喷嘴内锥角与流量系数也有一定关系.这一具有相当精度得关系可以用来计算喷头喷嘴之流量系数。
二喷嘴内表面得光洁度
由于通过喷嘴得水流为高速水流,其速度一般都在20米/秒以上，所以喷嘴内表面得光洁度也就是至关重要得。因为对于管嘴得孔口出流来说，流道粗糙将会破坏水流表面,增大水力损失,并破环喷嘴射流得密致段,从而影响射程,出流量与雾化程度等。我国得喷头一般都规定喷嘴得光洁度为不低于喷嘴光洁度对流量系数得影响。
喷头工作压力与喷嘴直径得比值H／Ｄc,在一定程度上反映了喷嘴得雾化程度，即喷沙 。对于喷嘴，随着H／Dc得值得增加,水滴直径将减少；对于不同得喷嘴,在相同得Ｈ/Ｄc，随着喷嘴直径得增大水滴随着喷嘴直径得增大水滴直径将减少,因为雷诺数增大.
所以，对于喷嘴口径不同得喷头,不能规定统一得适宜雾化指标。对于小口径喷嘴得喷头，其适宜得H/Dc值要比大得大口径得喷头大 。所以，有得国家对各种尺寸得喷嘴规定在最佳工作压力范围，认为在这样得压力下所产生水滴就是无害得。
喷嘴设计及计算
第一章喷头改进设计的必要性喷雾喷头是通过一定方法，将液体分离细小雾滴的装置，目前在使用的一般是采用减小喷口直径，这些喷头雾化效率低，水量小，第二章喷嘴设计及计算喷嘴是喷头的重要部件，也是直接影响喷灌质量和喷头水力性能的一个部件。
它不但要最大限度地把水流压能变成动能，而且要保持稳流器整理过的水流仍具有较低的紊流程度。
喷嘴的结构形式一般有下列三种：1．圆锥形喷嘴圆锥形喷嘴由于其结构简单，加工方便而被大量应用于喷头，其结构如图。
圆锥形喷嘴的主要结构参数是：喷嘴直径D c,喷嘴圆柱段长度l,喷嘴内腔锥角。
有的喷头为了提高雾化程度或增加喷头近处的水量，而在喷嘴出口处增加一粉碎螺钉，其结构见图。
由于射流撞击在螺钉上，增加了碰撞阻力以致影响了喷头的射程及喷洒均匀度，所以现在除了个别喷头外已很少采用加粉碎螺钉的结构。
2．流线形喷嘴为了使水流平顺，有的喷头设计成流线形，以减少水流冲击损失。
流线形喷嘴结构如图所示。
苏联维多新斯基为流线形喷嘴的设计提供了计算公式：实验表明，水流不很平顺的喷头采用流线形喷嘴，喷头射程能增加8~12%。
但水流很平顺的喷头采用流线形喷嘴，喷头的射程增加很微小。
由此可见，流线形喷嘴能使水流平稳从而提高喷头射程。
3。
流线圆锥形喷嘴流线圆锥形喷嘴是上述两种形式之结合，图12就是这种形式的喷嘴。
从图可以看出来，水流自喷管先经过喷嘴的流线形段，继而经过圆锥形段。
从加工来说，凸流线形喷嘴易于加工。
由于圆锥形喷嘴有结构简单，加工方便等优点，所以目前喷头大多采用圆锥形喷头。
第二节 喷嘴直径的确定喷嘴直径是一个重要的数值，它直接影响到喷灌质量，如喷灌强度，均匀度和雾化程度。
它又和喷头的结构和水力性能有极为密切的关系，诸如喷灌直径Dcm ，喷头流量，射程和工作压力等。
由于喷头喷出的射流是高压高速水流的孔口出流，所以可应用水力学的圆形孔口出流公式计算。
即： Q=2024gH D 式中： 0H =2 H其中， Q—喷嘴流量 --流量系数0D -射流收缩断面的直径0H -射流收缩断面的压力-流速系数H-喷头工作压力知道了射流收缩断面的直径可由奥克勒所推荐的计算式计算喷嘴直径：D)2sin16.01(1 0CDD式中1-喷嘴内腔渐缩角但是，喷嘴直径还对喷头射程雨滴粒径有显著的影响。
用于安全切割的磨料水射流喷嘴设计理论和方法
+ C,
(8)
当粒子速度 up为喷嘴圆柱段的起始速度 upn时的积分常数为
C =- 1 a
ln ( u1
-
upn )
+ u1
u1 - upn
,
(9)
代入式 (8) 得
x=1 a
ln ( 1 -
u′p )
+1
1 -
u
′p
-
ln ( 1 -
u′pn )
-
1
1 - u′pn
,
( 10 )
其中 u′pn为粒子在圆柱段起始无量纲速度 , u′pn = upn / u1 ; u′p 为 粒子在圆柱段内无量纲速度 , u′p = up / u1.
0165 0160
在喷嘴圆柱段内 , 水流的速度为常数 u1 , 于 是粒子运动方程 (5) 简化为
0195 1100
23100 38158
0162 0157
20193 34188
0156 0151
dup dt
= a ( u1
- up ) 2 ,
(7)
其通解为
x=1 a
ln ( u1
-
up )
+ u1 u - up
( l0
-
1 x) tanθ + d /2
2
-
up
2
b +
up
2Q tanθ π2
( l0
-
1 x) tanθ + d /2
5
.
(6)
式 (6) 是 u′p = f ( x, up ) 形式 , 用标准 4 节 龙格 - 库塔 ( Runge2Kutta) 的数值解法来寻求在
高压水射流流线型喷嘴结构正交试验法设计
高压水射流流线型喷嘴正交试验与仿真研究1.试验分析如图1所示为流线型喷嘴结构图，其主要几何参数：入口和出口外直径D1和D2，入口和出口内直径d1和d2，总长度L，过渡圆角直径d以及过渡圆角直径和总长度之比d/L（即过渡比）。
根据流线型喷嘴结构设计的主要几何参数以及实际工程应用情况，确定流线型喷嘴参数如表1所示，过渡比如表2所示。
2.正交试验设计流线型喷嘴过渡段起到稳定水射流的作用，过渡比直接影响水射流的动压力、流速以及紊流规律。
针对不同进口压力、不同过渡比，以流线型喷嘴水射流的动压力值、流速值和紊流值大小为指标设计正交试验，如表3所示，正交试验表记录14种流线型喷嘴模拟试验顺序和结果，其中n表示第几次大试验，（n）表示在大试验下的第几次小试验，R代表试验结果，R（n，x）代表第n次大试验下得到的动压力值，R（n，y）代表第n次大试验下得到的流速值，R（n，z）代表第n次大试验下得到的紊流值。
3.数据处理按正交试验表对喷嘴流场进行仿真试验。
根据试验数据绘制过渡比与各个结果指标在不同进口压力值下的关系曲线，包括出口界面动压力值曲线和监测界面动压力值曲线、出口界面流速值曲线和监测界面流速值曲线、出口界面紊流值曲线和监测界面紊流值曲线等。
1.动压力随过渡比变化规律（a）出口界面图a（b）监测界面图b2.流速随过渡比变化规律（c）出口界面图c（d）监测界面图d3.紊流随过渡比变化规律（e）出口界面图e（f）监测界面图f4.数据分析由动压力随过渡比变化规律图知，出口界面在进口压力为60、80、100MPa，过渡比为0~0.3时，动压力值随过渡比增大而增大，并且具有良好的线性关系；过渡比为0.3~1.3时，动压力值不随过渡比变化，并且进口压力值越大，出口界面动压力值越大。
对于20MPa和40MPa 2种工程进口压力，喷嘴过渡比为0.4时动压力出现峰值，其中进口压力为40MPa时得到的射流比进口压力为80MPa 时得到的射流动压力更大。
矿用前混合磨料水射流喷嘴设计
D esign Research on Pre - m ixed Abra sive Wa ter Jet Nozzle
v = dx / d t,因而 ,式 (2)可化为
v dva dx
= a(v -
va ) 2
+
bv
dv dx
(3)
a
=
3 cdβ, 4 a da
b
=
3β 2α
根据样条函数逼近的思想方法 ,用函数 v0 eAx +B
求逼近收缩段上水流速度分布 v, 带入式 (2) ,得
va
= v0 (A + 2a + G) eAx +B 2a
种类也有很多 。现阶段制造磨料喷嘴的材料主要有 度高一些 。根据理论分析和试验结果综合考虑切割
硬质合金 (如 WC) 、人造宝石 (如三氧化二铝 ) 、钻 质量 、加工成本 、使用寿命等因素 ,确定了井下安全
石等 。采用天然石榴石作为磨料时 ,考虑到加工成 本 ,采用硬质合金作为喷嘴的材料 。
根据水射流理论研究和前人所做研究 ,确定了 与矿用磨料水射流切割设备匹配的喷嘴直径 ,喷嘴 直径为 0. 8 mm。喷嘴的其他尺寸如图 2所示 。
v0 eAx +B的常数 。 1. 3 圆柱段内磨料粒子的加速机理
加较快 ,增至一定速度值后 ,速度的增加量变得极其 缓慢 。既要增加较少量 ,也要走过很长的路程 ,因
因为水流速度为常数 v1 ,则式 (3)可直接求解
而 ,如果圆柱段不是足够长 ,水和磨料离开出口后仍
喷嘴设计及计算
第一章喷头改进设计的必要性喷雾喷头是通过一定方法，将液体分离细小雾滴的装置，目前在使用的一般是采用减小喷口直径，这些喷头雾化效率低，水量小，第二章喷嘴设计及计算喷嘴是喷头的重要部件，也是直接影响喷灌质量和喷头水力性能的一个部件。
它不但要最大限度地把水流压能变成动能，而且要保持稳流器整理过的水流仍具有较低的紊流程度。
喷嘴的结构形式一般有下列三种：1．圆锥形喷嘴圆锥形喷嘴由于其结构简单，加工方便而被大量应用于喷头，其结构如图。
圆锥形喷嘴的主要结构参数是：喷嘴直径D c,喷嘴圆柱段长度l,喷嘴腔锥角。
有的喷头为了提高雾化程度或增加喷头近处的水量，而在喷嘴出口处增加一粉碎螺钉，其结构见图。
由于射流撞击在螺钉上，增加了碰撞阻力以致影响了喷头的射程及喷洒均匀度，所以现在除了个别喷头外已很少采用加粉碎螺钉的结构。
2．流线形喷嘴为了使水流平顺，有的喷头设计成流线形，以减少水流冲击损失。
流线形喷嘴结构如图所示。
联维多新斯基为流线形喷嘴的设计提供了计算公式：实验表明，水流不很平顺的喷头采用流线形喷嘴，喷头射程能增加8~12%。
但水流很平顺的喷头采用流线形喷嘴，喷头的射程增加很微小。
由此可见，流线形喷嘴能使水流平稳从而提高喷头射程。
3。
流线圆锥形喷嘴流线圆锥形喷嘴是上述两种形式之结合，图12就是这种形式的喷嘴。
从图可以看出来，水流自喷管先经过喷嘴的流线形段，继而经过圆锥形段。
从加工来说，凸流线形喷嘴易于加工。
由于圆锥形喷嘴有结构简单，加工方便等优点，所以目前喷头大多采用圆锥形喷头。
第二节 喷嘴直径的确定喷嘴直径是一个重要的数值，它直接影响到喷灌质量，如喷灌强度，均匀度和雾化程度。
它又和喷头的结构和水力性能有极为密切的关系，诸如喷灌直径Dcm ，喷头流量，射程和工作压力等。
由于喷头喷出的射流是高压高速水流的孔口出流，所以可应用水力学的圆形孔口出流公式计算。
即：Q=02024gH D πμ式中：0H =2φH其中， Q —喷嘴流量μ --流量系数0D -射流收缩断面的直径0H -射流收缩断面的压力φ- 流速系数H-喷头工作压力知道了射流收缩断面的直径可由奥克勒所推荐的计算式计算喷嘴直径： D )2sin16.01(10θ-=C D D式中1θ-喷嘴腔渐缩角但是，喷嘴直径还对喷头射程 雨滴粒径有显著的影响。
水射流穿丝喷嘴设计
水射流穿丝喷嘴设计
隋志平;韩福柱
【期刊名称】《液压气动与密封》
【年(卷),期】2011(031)001
【摘要】本文针对慢走丝线切割机床的自动穿丝系统设计了一款新型喷嘴.利用Fluent软件对该喷嘴进行了仿真,确定了会聚角度对射流流场的影响.对喷嘴进行喷水试验,确定不同速度下射流的形态以及穿丝时射流的形态,验证了该喷嘴的可行性,为线切割自动穿丝喷嘴设计提供了一条新的思路.
【总页数】3页(P43-45)
【作者】隋志平;韩福柱
【作者单位】北京华德液压工业集团技术中心,北京,100176;清华大学精密仪器与机械学系,北京,100084
【正文语种】中文
【中图分类】TH137.5
【相关文献】
1.喷嘴结构对高压水射流影响及结构参数优化设计 [J], 韩启龙;马洋
2.后混合水射流扇形混合喷嘴的设计与流场数值模拟 [J], 董星;孔存阳;常禄;郭睿智;;;;
3.后混合水射流扇形混合喷嘴的设计与流场数值模拟 [J], 董星;孔存阳;常禄;郭睿智
4.异形喷嘴与圆锥形喷嘴水射流流场对比研究 [J], 刘家禹;王艾伦;蔡金;蒋斌
5.前混合水射流扁平喷嘴的结构设计及流场特性 [J], 董星;宋永佳;郭忱灏
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ｔ ｅ ｈ Ｄｅ ｇ ｆＴ ｒａ ｉｇ Ｗ ａ ｒ ｊｌ Ｎｏ ｚ ｓ ｎ ｏ ｈｅｄｎ ｔ － ｅ ｉ ｅ ： ｚｌ ｅ
Ｓ ／ Ｚ ｉｐｉｇ Ｕ ｈ－ ｎ １ ＨＡＮ Ｆ － ｈ 。 ｕＤ ｙ ｒｕｉ ｉｄ ｓ ｉｌＧ ｏ ｐ Ｃ ． Ｔ ，Ｂ ｉｎ ，１ ０ ７ Ｃ ｉａ Ｂｊ ａ ｅ Ｈ ｄａｌ ｎ ｕ ｔａ ｒｕ ｏ ｃ ｒ ，Ｌ Ｄ． ｅ ｉｇ ０ １ ６ ｈｎ ） ｊ （ ．ｃｏ ｌ ｆ Ｍｅｈ ｎｃｌ ｎ ｉｅｒ ｇ ｓ ｇ ｕ Ｕ ｉ ｒｉ ，Ｂ ｉｎ ， １０ ８ Ｃ ｉａ ２Ｓ ｈ ｏ ｏ ｃ ａ ｉａ Ｅ ｇ ｅｉ Ｔ ｉ ｈ ａ ｎｖ ｓｙ ｅ ｉｇ ０ ４ ｈｎ ） ｎ ｎ ｎ ｅ ｔ ｊ ０
丝 嘴 （ 图 １ 等 ， 着 对 曲 面加 工 精 度 要 求 的不 断 提 见 ） 随
高。 眼模导 丝 嘴 已成 为线 切 割机 的 主流 。眼模 导 丝 嘴将 电极 丝 完 全 包 裹 ， 隙在 ０ ３ ｍ 之 间 ， 的 两 端呈 喇 间 ～１ ｘ 孔 叭 口形 ， 为 穿 丝导 向和 斜 度切 割 中 电极 丝 转 向使 用 。 作
Ｈｙ ｒ ｕ ｉｓ Ｐ ｅ ｍａｉ ｓ＆ Ｓ ａ ｓ ． ． ０ １ ｄａｌ ｎ ｕ ｔ ｃ ｃ ｅ ｌ／ １２ １ ＮＯ
水 射 流 穿 丝 喷 嘴设 计
隋 志平 韩 福 柱
（． 京华 德液 压工 业集 团 技术 中心 ， １ 北 北京 ，０ １ ６ １０７ ） （ ． 华大 学精 密仪 器 与机 械学 系 ， 京 ，０ ０ ４ ２清 北 １０ ８ ）
摘 要 ： 文 针 对 慢 走 丝 线 切 割 机 床 的 自动 穿 丝 系 统 设计 了 一 款新 型 喷 嘴 。 利 用 Ｆｕｎ 软 件 对 该 喷 嘴 进 行 了 仿 真 ， 定 了 会 聚 角 度 对 本 ｌｅ ｔ 确
射 流流 场 的影 响 。 喷 嘴 进 行 喷 水 试 验 ， 定 不 同 速 度 下 射 流 的 形 态 以及 穿丝 时射 流 的形 态 ， 证 了该 喷 嘴 的 可 行 性 ， 对 确 验 为线 切 割 自动 穿
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｉ ａｔ ｌ ｉ ａ ｏ ｔ ｈ ｎ ｗ ｄ ｓｇ ｏ ｔ ｅ ｏ ｚｅ ｔ ｃｕ ｅ ｆ Ｗ ＥＤＭ ａ ｔｍａｉ ｗｉ ｔ ｒ ａ ｉ ｇ ｙ ｔ ｍ． ｅ ｎ ｍｅ ｉ ａ ｓｒ ｃ ： ｈ ｓ ｒ ｃ ｅ ｓ ｂ ｕ ｔ ｅ ｅ ｉ ｅ ｉｎ ｎ ｈ ｎ ｚｌ ｓｒ ｔ ｒ ｏ ｕ ｕｏ ｔ ｃ ｒ ｈ ｅ ｄ ｎ ｓ ｓｅ Ｔ ｕ ｒｃ ｌ ｅ ｈ
ｓ ｌｔ ｎ ｆ ａ ｒ ｅ ｉ ｃ ｎｕ ｔｄｂ Ｌ Ｅ Ｔ ａ ｄｔｅｉｆ ｅ ｃ ｆ ｏ ｖｒ ｎ ａ ｇ ｓａｃｒ ｉｅ ｎ ｗ ｔｒ ｅ． ｅ ｏ ａ ｔ ｆ ｔｅ ｉ ａ ｏ ｏ ｔ ｔ ｓ ｏ ｄ ｃ ｙＦ Ｕ Ｎ ｎ ｈ ｌ ｎ ｅｏ ｎ ｅ ｅ ｔ ｎ ｌ ｉ ｓｅ ａ ｄｏ ａｅ ｔ ｍ ｄ ｌｙ ｈ ｍｕ ｉ ｗ ｅ ｊ ｅ ｎｕ ｃ ｇ ｅ ｔｎ ｊＴ ｈ ｉ ｏ ｄ ｅ ｖｌ ｉ ａｅ ｅ ｉ ａｃｒ ｉｅ ｙ ｅｐｒ ｎａ ｓ ｄ ｎ ｈ ｈｅｄｎ ｅｓ ｉｔ ｉ ｓｂｔｎｉ ｅ ｐ ｌｉ ｈ ｏｚ ． ｎ ｗ ｉ ｒ ｅ ｃｔ ｗ ｔｒｊｔ ｓ ｓｅ ａｎｄ ｂ ｘ ｅｉ ｔｌ ｔ ｙ ａｄ ｔｅｔｒａ ｉｇｆａｉ ｌｙ ｓ ｕ ｓ ｔ ｔｄ ａｐｙｎ ｔｅ ｎｚｌ Ａ ｅ ｆ ｏ ｙ ｔ ｍｅ ｕ ｂｉ ａ ａ ｇ ｅ
ｍｅｈ ｄ ｓ ｐ ｏ ｉ ｅ ｏ ｈ ｅ ｉｎ ｏ ｕ ｏ ｔ ｎ ｗｉ ｈ ｅ ｄ ｎ ｏ ｚｅ ｔ ｏ ｉ ｒ ｖ ｄ ｄ ｆｒ ｔ ｅ ｄ ｓｇ ｆａ ｔ ｍａ ｉ ｒ ｔ ｒ ａ ｉｇ ｎ ｚ ｌ ． ｏ ｅ
Ｋ ｙ Ｗ ｏｄ ： ＷＥ Ｍ；ｗ ｔ ｅ；ｎｚｌ ｔ ｃｕｅ Ｆ Ｕ Ｎ ｅ ｒｓ Ｄ ａ ｒ ｊｔ ｏｚ ｓｕ ｔｒ； Ｌ Ｅ Ｔ ｅ ｅ ｒ
丝 喷嘴 设 计 提 供 了一 条 新 的思 路 。 关 键词 ： 切 割 ； 射 流 ； 嘴 ；Ｌ Ｅ Ｔ 线 水 喷 ＦＵ Ｎ
中 图分 类 号 ： Ｈ１ ７ Ｔ ３． ５ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ８ ０ １ （ ０ １ ０ — ０ ３ ０ １０ — ８ ３ ２ １ ） １ ０ ４ — ３
０ 前 言
随 着线 切 割 机床 的发 展 ，对 水 射 流 自动穿 丝 提 出 了更 高 的要 求 。其 中影 响最 大 的是 导丝 嘴 的变革 ， 丝 导 嘴包 括 三点 接 触式 导 丝 嘴 、组 合 式 导丝 嘴 和 眼模 式 导
喷嘴 就会 和 电极 丝发 生接 触 ， 干扰斜 加 工 。针对 上述 情 况 ， 文设 计 了一 款会 聚射 流 喷嘴 。 本
采 用 眼模 导 丝 嘴 的最 大不 同在 于 ，由于 导丝 嘴 为 一 整
图 １ 眼 模 导 丝 嘴
１ 会 聚 喷 嘴仿 真 分 析
会 聚 喷 嘴 （ 图 ２ 完 全 不 受 导 丝 嘴 和斜 加 工 的影 见 ）
体， 要完 成 自动穿 丝 ， 嘴就 需要 完 全 包裹 导 丝 嘴 。 由 喷 于 斜加 工 的需 要 ，水 射 流喷 嘴 口径 需 要 足够 大 或 者可 以开合 ， 口径水 射 流喷 嘴就 成为 了此 类研 究 的重 点 。 大
响 。会 聚喷 嘴将 整流槽 和喷 嘴收 缩段 进行 了整 合 ， 流 水
从 整 流 槽进 人 同时 进行 整 流 和加 速 ．然后 在 喷 嘴外 进
穿 丝喷 嘴不 同于普 通 的 喷嘴 ， 它有 着 比一 般 喷嘴 更 复杂
的结构 ， 流 的形 成 也 更加 复 杂 ， 而 导致 射 流 的质 量 射 从 比普 通 喷嘴 差 。首先 ， 嘴 中间含 有 导 丝 嘴 。 丝 嘴 的 喷 导 位 置会 干扰 射 流 的形 态 ， 射 流更 易 于发散 。其 次 ． 使 由 于线 切 割机 斜 加工 的需 要 ， 嘴 的 口径 要 足够 大 ， 然 喷 不