半自动高压清洗机清洗附件生产厂家

4.2.2旋转喷头

旋转射流是指在射流喷嘴不旋转的条件下产生的具有三维速度的、射流质点沿螺旋线轨迹运动而形成的扩散式射流，其特点在于外形里明显扩张的喇叭状，具有较强的扩散能力和卷吸周围介质参与流动的能力，并能够形成较大的冲击面积，产生良好的雾化效果，常用于清洗直径较大的管道内壁。

(1)自旋式喷头  在喷头上布2个(或2个以上)不同倾角的喷嘴，利用射流产生的旋转力矩使喷头上的回转接头高速旋转，带动喷嘴同时旋转并在管道内作直线运动，这种自旋方式的缺点在于要损失相当一部分高压水能量，且旋转、送进速度很难控制、匹配，被清洗表面也易形成螺旋状残留物，如图4.9所示。

(2)外旋式喷头  外旋式喷头靠机械或液压马达带动喷杆或软管(连着喷头)旋转并送进，但此类喷头结构复杂、笨重，价格昂贵，喷杆或软软管易损环。

1—控制阀；2—旋转喷头；3—喷头总成；4—齿轮箱；

5—气动马达；6—旋转速度控制阀

图4.9 自旋式喷头

4.3新型喷嘴、喷头

根据喷嘴结构对射流流场的影响，提出了一种新型的喷嘴结构，并且针对油田现场使用的喷头结构，通过改变喷嘴的安装位置以及改变喷头的结构提出了两种新型喷头结构，为便于表述，把油田中常用的喷头记作1号喷头，把两种新型喷头结构分别记作为2号和3号喷头。

新型喷嘴的结构为如图4.10所示：

图4.10 新型喷嘴结构

油田中常用喷头1号喷头结构所图4-12所示：

图4-12 新型喷头结构

根据1号喷头提出的两种新型喷头2号和3号喷头，其结构如图4.11与图4.12所示：

2号喷头：

图4.11 二号喷头结构

3号喷头：

图4.12 三号喷头结构

五、喷嘴结构对射流流场的影响

5.1淹没射流基本结构模拟仿真

1、模型的建立与计算

计算区域为喷嘴内外流场，为方便计算，考虑到射流流场的对称性，计算域取流场的一半，采用二维轴对称模型，采用结构网格对整个计算域进行网格划分，并对喷嘴出口处进行网格加密。如图5.1(a)所示。

计算域入口：采用速度入口条件(velocity inlet)，假定速度均匀分布，。

计算域出口：采用压力出口条件（pressure outlet），即在出口截面上给定环境压力。

计算域下边界：采用周对称条件（symmetry）

固壁：采用无滑移绝热固壁条件（wall）

材料设置：从标准材料库中选择，水密度为，粘度为。

2、流场仿真及结果处理

对喷嘴出口直径2mm，出口速度为100m/s的淹没纯水射流流场进行了数值模拟，图5.2（b）是迭代次数达到87次时的迭代结果，此时计算收敛。

        (a)计算网格                           （b）计算残差

图5.1 计算网格及计算残差

  (a)速度分布                        （b）速度等值线

图5.2 速度分布及速度等值线

图5.2（a）对应的淹没射流流场速度分布图可看到，淹没射流与非淹没射流的射流结构是不一样的。对于淹没射流，在靠近喷嘴的起始段，都存在势流核，流核区内射流轴向动压、流速、密度基本保持不变，流线基本上都与中心线平行，而在基本段部分，流线出现偏离，在消散段，流束沿流线发散开来，与环境介质完全混合。主要是由于淹没射流由喷嘴喷出后，在前进的过程中，不断卷吸周围的液体向周围扩散，摩擦阻力大，能量损失大，导致沿轴线速度衰减迅速，射流的等速核相对较短，出现湍流波动，产生射流流体与环境介质的质量及能量交换，轴向流速及动压力逐渐减小。

图5.3为采用速度100m/s的射流轴心速度与压强的仿真结果，可看出高压水高速通过喷嘴射流到静压水中时，都存在—等速核，然后由于射流周围水阻的影响而很快衰减。根据计算的数据结果，除去等速段和靠近靶件附近段，轴线上的速度变化同文献中提及的轴线速度衰减公式较为符合。

                    (3-3)

     （a）轴心速度曲线                 (b)轴心动压力曲线

图5.3 轴心速度、压强曲线

图5.4中采用100m/s射流的不同横断面上速度分布曲线，图中可以清楚的看到，垂直界面上速度随着喷嘴距离的加大逐渐减小。同时射流不断的向外扩散，淹没流中在距离喷嘴近的地方水柱在垂直方向上速度衰减较快，因为喷嘴附近地方流速相当大，湍流量大，与周围静压水的作用,速度下降幅度较明显。

图5.4 不同断面速度分布曲线

5.2喷嘴结构对射流流场的影响

喷嘴是高压水射流清洗的核心元件，喷嘴的作用是通过喷嘴内孔横截面的收缩，将高压水的压力能转化为动能，向外喷出形成高速水射流。图5.5为三种常用的喷嘴结构示意图。

（a）圆柱型           （b）锥直型           （c）圆锥型

图5.5 三种不同形式的喷嘴结构

5.2.1 不同锥直型喷角对射流流场的影响

对入口速度为V =100m /s，喷嘴锥角分别为26°、45°、60°射流流场在其它情况相同的条件下进行数值模拟，图5.6(a)、(b)是喷嘴内锥面锥角为26°和60°的速度场模拟结果。

（a）60°锥角射流速度场               （b）26°锥角射流速度场

图5.6 淹没射流中不同喷嘴锥角的射流速度场分布

从图中可看到，对仿真的三种不同锥角对应不同的流场特性，以26°为较佳。这是因为26°圆锥型喷嘴过渡更趋圆滑，流线性能好，容易将射流形成包裹体，增加射流内聚力，射流的扩散点及稳定性与射流的速度相关，从图中可发现，喷嘴出口到扩散点，26°锥直型的距离要长；另外，局部阻力损失较小也使得26°锥直型喷嘴较60°更优。

5.2.2 靶距对射流打击力的影响

分别对喷嘴直径,进口速度150m/s,喷距喷管内外轴对称流场进行计算。

    （a）速度场分布                     （b）总压力场分布

       （c）静压分布                         （d）动压分布

图5.7 靶距为10的速度场及压力场

从图5.7中可以非常明显的看到射流区、冲击区、漫流区和漩涡区。速度随着离喷嘴距离的加大逐渐减小，射流冲击靶件后,流体沿腔体壁面向两边分流，产生了非常明显的两个漩涡。该漩涡的存在压缩了射流的扩展,使得射流的扩散在靶件附近有明显的收缩,形成先扩展后收缩的射流结构。

从图5.8(a)仿真结果分析，不同靶距下靶件冲击面上的冲击压力分布，近似的呈正态分布。随着切割靶距增大，射流的集束性和切割的冲击能力减弱，切割能力大大降低。被冲击表面的滞止压力，随着喷距和冲击半径的增大而迅速衰减。

     (a)压力分布                         (b)轴心速度

图5.8不同靶距下射流对靶物的打击压力

射流靶距存在较优值，当靶距小于这个值时，由于射流反溅严重，且粒子速度未达到较大值，切割深度反而下降。靶距较大时，随着喷嘴靶距的增大，射流中卷吸的环境介质增多，导致平均速度下降，因此其存在一个较优靶距值。

5.2.3 冲击角度对射流打击力的影响

对应靶距为20mm时，分别对30°、45°、60°、90°不同冲击角度下的打击力进行了数值模拟，流场及静压如图5.9所示。