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超高压水射流形成过程中压力损失的理论分析

时间:2012-11-15     来源:

超高压水射流在形成过程中的流动可以分为三类:即水流在水平直线管道中的流动、水流在弯管中的流动以及水流在流道断面收缩处的流动。水流在高压管道中的流动属于第一种情况,而水流由高压管道向喷嘴过渡的流动属于第二种情况,最后水流由高压水发生设备进入高压管道以及高压管道进入高压喷嘴时的流动属于第三种情况。
 
令水流在高压管道和喷嘴中的速度分别为 υ ̅ 和 υ,高压管道和喷嘴的内径分别为 d ̅ 和 d,长度分别为 l ̅ 和 l,则由连续方程可以得出:
 
水流在高压管道和喷嘴中的速度  公式(1)
 
一、水流在水平直线高压管道中运动时的压力损失
 
水流在水平管道中运动时,由于水流的粘性,水流与管壁的摩擦是造成压力损失的主要原因。根据卡门-普朗特尔经验公式,在雷诺数雷诺数时,使用管道为光滑管时,水流在水平直线高压管道中运动时的流阻系统为:
 
水流在水平直线高压管道中运动时的流阻系统  公式(2)
 
高压管道中雷诺数高压管道中的雷诺数,其中μ为水的动力粘度,ρ为水的密度,将其代入以上公式并化简,可得水流在水平直线高压管道中运动时的压力损失为:
 
水流在水平直线高压管道中运动时的压力损失公式  公式(3)
 
二、水流在弯管中运动时的压力损失
 
在弯管中,管壁迫使水流的速度和方向发生改变,水流收到向心力的作用,容易产生脱流现象,形成旋涡而造成压力损失。那么,当弯管为标准的肘管时,流阻系数可取弯管流阻系数,则水流在经过弯管时,高压管道向喷嘴过渡时的压力损失为:
 
高压管道向喷嘴过渡时的压力损失公式  (公式4)
 
三、水流在流道发生断面收缩时的压力损失
 
在流道发生断面收缩时,流股先发生收缩,然后逐渐扩散,在断面后出现的局部分离脱流是造成压力损失的主要原因,此时流阻系统ξ主要取决于发生变化前后流道横截面积之比,截面积变化越大,流阻系数越大,实验结果显示,当水流从大容器流入锐缘进口的管道时,流阻系数为流道断面收缩时流阻系数。因此,超高压水流由稳压容器进入高压管道时压力损失为:
 
超高压水流由稳压容器进入高压管道时压力损失公式  公式(5)
 
超高压清洗机配套的高压管道和高压喷嘴的内径变化之比小于0.1时,流阻系数ξ4为0.49,所以水流在由高压管道进入高压喷嘴时的压力损失为:
 
水流在由高压管道进入高压喷嘴时的压力损失公式  公式(6)
 
综上所述,我们可以看出超高压水射流在形成过程中,压力损失主要是由水流从高压管道进入高压喷嘴时流道发生断面收缩引起。
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  • 压力损失
  • 超高压水射流