电动高压水射流清洗厂

 或 

式中： x——靶距，即计算截面至喷嘴出口截面间距离，mm；

       X——量纲为1的靶距，为x／d；

       d——喷嘴出口直径，mm；

——量纲为1的射流扩展直径，为D/d

D——射流扩展直径，mm；

b——射流扩展半径，为D／2；

K、——与喷嘴结构有关的试验系数。

2、射流基本结构与特性

如图2.3所示,一般水射流的结构在沿射流长度上可分为四个阶段：紧密段、核心段、破裂段、水滴段。

图2.3 射流结构示意图

紧密段紧靠喷嘴出口，处于紧密状态，透明清晰，因与空气产生摩擦，射流表面出现波纹，这种波纹的幅度随射流离开喷嘴的距离而增大。当喷嘴出口压力增大时，射流速度也增大，在脉动速度及旋涡的作用下，紧密段因表面波纹波幅加大而破裂，紧密段随压力的增加有逐渐缩短的趋势。

射流离开喷嘴一段距离后，在其与环境介质间所形成的边界层上存在着较大的速度差，由此面产生一个垂直于射流轴心方向的力，在这些力及射流内部湍流波动的联合作用下，产生了射流流体与环境介质间的质量与动量交换，使得射流表面出现波状分离，其具体构成及波长变化依赖于射流排出工况。射流流体与环境介质的质量及动量交换过程也即是射流的传播与扩散过程。射流的扩散首先开始于射流表面，逐渐向轴心发展，因而，在距喷嘴一定距离内就形成丁一个锥形的等速流核区。等速流核区内射流的轴向动压力、流速及密度基本保持不变。

 紧密段结束端面至等速流核心区消失的截面间的一段射流即为射流核心段。核心段射流的核心部分仍保持初始喷射速度，呈紧密状态。由出口端面至核心段结束也称起始段，在起始段内等速流核区外的区域均为射流混合区。

射流起始段后较长一段射流为射流破裂段，一般边称基本段。在经过起始段后，由于气体动力、惯性力、黏性力和表面张力等各种力相互作用的综合结果，连续的射流液柱较终分裂破碎成为形状各异的分散团块。该段内射流表面破碎为水滴，射流中心内紧密状态破碎为大块水团，并且射流轴向流速及动压力逐渐减少，随离开喷嘴距离的增大，水团渐渐变小，较终全部变成水滴。在垂直于轴心的截面上，轴向动压力与流速自较大值迅速减至边界上的较小值，如图2.4所示。同时，该段内射流仍保持完整，并且有紧密的内部结构。不同的射流状态可产生不同的分裂形式，其决定因素是喷射速度。

图2.4 射流轴心动压沿程变化规律

——轴心动压

——起始段轴心动压

x——射流距出口的距离

——射流起始段长度

射流基本段后即为射流水滴段(消散段)。此时，射流与环境介质已完全混合，射流轴向速度与动压力相对较低。如在大气中，射流将吸入大量空气，射流的整个断面被空气隔离成水滴状，射流则已变成水滴与空气的混合物或雾化，整个流动呈现出气——液两相流的流动特征。

2.4.3射流喷嘴结构对射流特性的影响

喷嘴是水射流设备的重要元件，它较终形成了水射流工况，同时又制约着系统的各个部件。它的功能不但是把高压泵或增压器提供的静压转换为水的动力，而且必须让射流具有优良的流动特性和动力特性。同时，喷嘴又是射流清洗、破碎与切割等工艺的执行元件，喷嘴的完善是成套射流设备技术水平提高的重要标志之一。研究和工程实践表明，喷嘴几何形状、结构参数等，对射流的性能具有重要影响。

从有效射流作业和节能降耗的角度来看，较为理想的喷嘴应符合以下要求：

1、喷嘴射的水束应能将压力有效地转化为对射流表面的喷射力；

2、喷嘴具有较小的流动阻力，喷出水束受卷吸作用力小，并保持射流稳定，以利于对射流表面的作用；

3、喷嘴不易发生堵塞；

4、在保证一定射流效果下，尽可能地降低水耗。

喷嘴的结构参数几何参数一般主要包括喷嘴喷孔的直径、喷孔的长径比、喷嘴的入口角等。通常喷嘴的直径d取决于射流流量与压力，是设计的原始数据。对于射流清洗喷嘴，其喷孔形状不一定为圆形，因此本设计选用喷孔面积代替直径作为喷嘴设计的主要参数之一。在这些几何参数中，需要优选的有喷嘴收缩角α和喷孔的长径比L/d。

（1）喷孔直径 喷孔的直径是喷嘴设计时首要选定的重要参数，也是确定其他参数的依据。一般情况下，喷孔直径的大小主要是考虑水耗的大小和喷孔是否有堵塞的危险。孔径大，水耗就增加，堵塞的危险也就减少；孔径小，水耗小，堵塞的危险增大。综合上述两个方面，在设计时，孔径的选择通常以降低水耗为主，取较小值。

（2）喷孔长径比 喷孔长径比是影响喷射状态的另一个重要参数。它直接影响到喷嘴的流动阻力、流量系数等。它的大小决定了喷孔属薄壁孔还是厚壁孔，从而使经过喷孔的水流具有不同的流动状态。根据流体力学原理，厚壁孔具有较高的流量系数，因此具有较高的压力能转化为喷射能的效率。通常长径比L/d=2~4。

（3）喷嘴收缩角 喷嘴收缩角α是决定喷嘴流动阻力的主要因素。收缩角较大的喷嘴其入口流动阻力较小。

2.4.4射流水力参数

射流清洗的水力参数主要有水射流速度、理论喷嘴流量、实际喷嘴流量、射流功率和单喷嘴射流反冲力。

表2.4 水射流水力参数