描述射流特征的参数很多，但就工程应用中常见的连续水射流而言,人们最关心的只是其主要基本参数,即产生射流的流体静压力(简称射流压力)、射流流量、流速、功率及反冲力等动力学参数以及射流起始段长度、射流宽度等结构参数。
对连续射流,在喷嘴出口截面内外两点间应用伯努利方程,忽略两点之间的高度差,可得出下列关系式:
p1/ρ1 + v1²/2 = p2/ρ2 + v2²/2
式中p1、p2--喷嘴内外静压力;
v1、v2-—喷嘴内外流体平均流速。
在两点间应用连续方程可得：
ρ1·v1·A1 = ρ2 · v2 · A2
如果喷嘴流道为圆管形结构,即A =π d²/4 ,并假设ρ1 = ρ2,由上列两式可得:

对工程应用水射流,由于p1 >> p2，(d2/d1)^4<<1，同时将ρ=998kg/m³代入上式，最后的出射流流速简化表达式：
vt = 44.7√p    (2-12)
式中vt -- 射流流速，m/s;
p = 射流压力，MPa 。
已知射流速度,可由q=v.A计算出射流流量,即射流流量等于射流出口速度乘喷嘴出口截面积,即：
qt = 2.1d²√p  （2-13）
式中 qt -- 射流流量，L/min；
d -- 喷嘴出口直径,mm。
应该说明的是,式(2-12)与式(2-13)得出的是理论(或计算)流速和流量,通过喷嘴的实际流速v和流量q要比该值小。将实际流量q与理论流量qt的比值定义为流量系数μ ,则有:
q = μ· qt     (2-14)
μ = q/qt = A·v / At · vt = ε·φ       (2-15)
ε = A/At
φ = v/vt
式中 A--射流的出口截面积;
At--嘴的出口截面积;
ε--喷嘴截面收缩系数;
v--射流出口速度;
vt--射流出口理论流速;
φ -- 喷嘴的速度系数。
收缩系数ε表征流体经过孔口后的收缩程度,流速系数φ表征喷嘴孔口局部阻力及流速分布情况,喷嘴的流量系数则表征喷嘴的能量传输效率。喷嘴的能量传输效率取决于喷嘴的几何造型及其内部流动状态。
P = 16.67 pq    (2-16)
式中 
P -- 射流功率,W;
p -- 射流压力, MPa;
q -- 射流流量,L/min。
式(2-16)表明,喷嘴出口的射流功率是压力和流量的函数。如果将式(2-13)代入式(2-15)可得:
P = 35.1d²p^(3/2)    (2-17)
式中 
P -- 射流功率,W;
d -- 喷嘴出口直径,mm;
p -- 射流压力,MPa。
从式(2-17)可以看出,喷嘴出口的射流功率就是产生射流的压力与喷嘴尺寸的函数。式(2-17)还表明,射流功率与喷嘴直径的平方、压力的3/2次幂成正比变化,即射流功率对喷嘴直径的变化比对压力的变化敏感得多。喷嘴直径增加一倍,射流功率则增加3倍,而压力增加一倍,射流功率则增加1.8倍。了解这一点,对提高射流在不同应用范围的功效很有帮助。对射流清洗作业,通常增大喷嘴尺寸是很有效的;而对射流切割,增加射流压力则更能显示其效果。
在射流清洗、切割等应用中,射流反冲力也是一个必须了解的基本参数。在喷嘴出口截面内外两点间应用动量定理得:
F · △t = mv2 - mv1
式中F -- 单位时间内作用在单位体积流体上的力;
△t -- 力F作用于单位体积流体上的时间;
m -- 单位体积流体质量;
v1 -- 喷嘴出口截面内流体平均流速;
v2 -- 喷嘴出口截面外流体平均流速。
由作用力等于反作用力原理可知,上式中F值即为射流反冲力值。
经推导后可得:
F = ρ·q·v[1-(d/d1)²]
由于 (d/d1)² << 1,并将式（2-12）代入上式，最后得：
式中  F -- 射流反冲力，N；
q -- 射流流量,L/min。
p -- 射流压力,MPa。
从式(2-18)可以看出,射流反冲力与射流流量及射流压力的平方根成正比,也就是说,射流反冲力对射流流量的变化要比对射流压力的变化敏感得多。
将式(2-13)代入式(2-18),可得出射流反冲力的另一表达式:
F = 1.56d²p  (2-19)
F -- 射流反冲力，N；
d -- 喷嘴出口直径,mm;
p -- 射流压力,MPa。
认识射流动力学基本参数后,对在具体工程应用中选配不同几何尺寸的喷嘴,使射流参数合理匹配,从而更加有效地进行作业很有益处。当射流动力发生设备(泵或增压器)的功率参数确定,即排出压力和流量一定时,可计算出与泵系统相匹配的系列单喷嘴喷头和多喷嘴喷头的喷嘴直径。采用多喷嘴喷头时,其各喷嘴流量之和应等于单喷嘴喷头流量。同样,当认识了某些作业所必需的射流工况参数后,也可计算出相应的喷嘴几何尺寸及所需匹配的泵或增压器的功率、压力及流量参数。
射流作为清洗、剥层及切割等工具时,其凝聚性等结构特性对其功效的影响非常显著,因而必须对射流基本结构参数有一定了解。表征射流凝聚性(或致密性)的基本结构参数是射流起始段长度lf,及射流扩展直径D(或射流边界宽度)。但由于形成射流的条件千变万化及射流流动机理本身的复杂性,目前还没有得出通用的基本结构参数理论表达式。在影响射流结构特性的各参数中,最主要的是射流压力、射流起始段的雷诺数及喷嘴的加工精度和内表面粗糙度。前苏联学者根据大量的试验数据,绘出了射流起始段量纲为1的长度lf/d与射流压力及雷诺数Re的关系曲线(见图2-9),并总结出了下列计算射流起始段长度lf的经验公式。
lf = (A - BRe)d   (2-20)
Re = vd/ν * 10^(-3)

式中 lf -- 射流起始段长度,mm;
d -- 喷嘴出口直径,mm;
A--经验系数,取决于喷嘴的加工精度和内表面加工质量,见表2-2;

Re--射流起始段雷诺数;
v --射流速度,m/s;
ν -- 运动黏度,m/s;对于水为1.0× 10^(-6)~1.3× 10^(-6)对射流压力较高、雷诺数Re>0.4 × 10^6时,射流起始段长度直接取决于射流形成条件,而不再和雷诺数有关。此时,lf一般可在下式范围内变化:
lf = (53~106d)    (2-21)
表2-3为射流压力由10MPa增加到50MPa、喷嘴出口直径由1mm变化到4mm时,量纲为1的起始段长度lf/d的试验数据。

对射流扩展直径(或射流边界宽度),根据试验数据(图2-10、图2-12),可归纳出下列经验公式:
D（上有一个横杠“¯”） = K · √X     （2-22）
b = k1√x     (2-23)
式中
x -- 靶距,即计算截面至喷嘴出口截面间距离;
X -- 量纲为1的靶距,为x/d;
d -- 喷嘴出口直径;
D -- 射流扩展直径;
D（上有一个横杠“¯”）-- 量纲为1的射流扩展直径,为D/d;
b -- 射流扩展半径,为D/2;
K、k1 -- 与喷嘴结构有关的试验系数。

图2-11所示为用来做试验的喷嘴类型,a、b、c、d型喷嘴的K值分别为0.225,0.2.0.335及0.282。图2-12是根据试验结果绘制的各类喷嘴的D与X关系曲线。根据图2-12,可计算出各类喷嘴的K、k1值,再根据式(2-22)和式(2-23)计算D和b值。



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