[发明专利]一种空化水射流喷嘴结构设计方法

说明书

本发明涉及一种空化水射流喷嘴结构设计方法，所述设计方法依次包括如下步骤：①、根据伯努利原理计算流体中某点的压强与该点处流体横截面直径之间的比例关系；②、根据步骤①中的比例关系，计算处于空化水射流喷嘴内的流体压降与缩颈长度之间的比例关系；③、根据步骤②中的比例关系，在喷嘴内流体压强随运动距离呈连续函数变化时，计算喷嘴横截面内径与缩颈长度之间的函数关系。本发明从水流的伯努利原理出发，根据理论推导计算，以定量控制喷嘴出入口水压变化为基础，设计喷嘴出入口截面直径与长度之间关系，可为喷嘴设计人员提供设计方法和思路并提供选型理论基础和依据。为进一步优化喷嘴结构，提高空化效率夯实基础。

技术领域

本发明涉及属于金属表面强化、表面清洗领域，具体涉及一种空化水射流喷嘴结构设计方法。

背景技术

空化水射流技术是利用高速水射流产生的大量微小空泡群，空泡群在固体边界附近溃灭时产生高达上千MPa的冲击压强和微射流，可用于清洗、表面强化等，具有环保、节能、高效、易操作等特点。喷嘴设计人员通常选用圆形、椭圆形、正方形、锥形等作为传统空化喷嘴截面，并采用试错法进行选型设计，虽然已在数值模拟和试验研究方面取得了很多成果，但结构设计理论基础不足，喷嘴结构仍不够优化。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种空化水射流喷嘴结构设计方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种空化水射流喷嘴结构设计方法，所述设计方法依次包括如下步骤：

①、根据伯努利原理计算流体中某点的压强与该点处流体横截面直径之间的比例关系；

②、根据步骤①中的比例关系，计算处于空化水射流喷嘴内的流体压降与缩颈长度之间的比例关系；

③、根据步骤②中的比例关系，在喷嘴内流体压强随运动距离呈连续函数变化时，计算喷嘴横截面内径与缩颈长度之间的函数关系。

优选地，步骤①中流体中某点的压强与该点处流体横截面直径的四次方呈反比关系。

优选地，步骤②中喷嘴内的流体压降与缩颈长度的4次方倒数呈正比关系。

优选地，步骤③中的喷嘴内流体压强随缩颈长度呈连续函数变化包括：一、流体压强随缩颈长度呈等比例变化；二、流体压强随缩颈长度呈线性变化。

优选地，步骤①中比例关系计算方法如下：根据努利原理计算公式，p+0.5ρv²+ρgh＝C

式中，p为流体中某点的压强，v为流体该点的流速，ρ为流体密度，g为重力加速度，h为该点所在高度，C是一个常量，变形后得，

p＝C-0.5ρv²-ρgh

将流速v＝q/S(q为流量，S为截面面积)代入上式得，

对于圆形截面喷嘴，S＝πd²/4，d为截面直径，代入上式得，

计算出流体中某点的压强p与喷嘴截面直径d的四次方呈反比关系。

优选地，步骤②中比例关系计算方法如下：设流体在喷嘴入口端盒出口端的流速、压强、水头分别为v₁、p₁、h₁和v₂、p₂、h₂，则压降为，

喷嘴垂直放置时，h₁-h₂＝L，即

喷嘴水平放置时，则