井下水力喷射泵喷嘴头的设计与计算
高压水射流喷嘴设计
本科毕业设计（论文）通过答辩摘要：高压水射流技术是近三十年来发展起来的一项新技术，在采矿、冶金、石油、建筑、化工、市政建设及医学领域得到广泛应用并取得可喜的成果。
从原理上讲，它与世隔绝我国煤矿中使用已久的水力采煤技术基本相同，都是把具有一定压力的水通过直径较小的喷嘴形成射流，将这股射流作为工具进行切割、破碎和清洗物料。
所不同的只是高压水射流的水压更高、喷嘴直径更细而已。
水力采煤中使用的水压通常为5~15MP，水枪出口直径为15~30mm；而高水射的水压一般在30MP以上，有的高达数百兆帕，喷嘴直径则在2mm以下，最小的可达0.1mm。
因此高压水射流可以在很小的区域内集中极大的能量，例如100MP的高压水射流的能量束密度可以与激光束相匹敌。
本毕业设计题目是水射流采煤机切割装置设计。
主要阐述了高压水射流技术在采煤机上的应用之背景，优缺点和所需要解决的问题等方面的内容。
高压水射流和采煤机联合进行破煤是一门新技术，需要解决的问题还很多。
本设计主要是关于喷嘴在滚筒上的布置，水路控制系统和高压旋转密封等方面作初步的尝试。
设计了一种用高压水射流控制水路，水射流辅助截齿破煤的滚筒结构。
关键词：水射流；截齿；喷嘴；滚筒1 水射流采煤综述1.1高压水射流概述煤炭作为我国一次能源的主体,它的持续、稳定和协调发展,无疑具有重大意义。
采掘机械的技术水平则是发展煤炭工业中的关键环节。
加强采掘机械的科学技术研究工作是煤炭工业增产、节约能源消耗、保障工人安全、高效率等方面的发展的重要技术手段。
高压水射流技术是近几十年来逐渐发展起来的一门新兴技术。
它的应用发展日趋成熟和广泛。
在这种形式下，人们试途将高压水射流技术应用于矿山机械中，特别是采掘机械中，已经取得初步成果。
这必将推动煤炭工业的进一步发展。
高压水射流的基本原理是将具有一定的压力水通过直径较小的喷嘴形成的射流，并将这股射流作为工具进行破碎、切割和清洗等工作。
一般水压在30MP以上，而喷嘴的直径仅在2mm以下。
喷射泵计算公式
喷射泵计算公式
喷射泵（也称为喷射器或蒸汽喷射泵）的设计和计算通常涉及多个参数和公式，以下是一些基本的计算公式和设计考虑因素：
1.工作原理：
喷射泵利用高压流体（如蒸汽）在喷嘴处加速并减压，产生真空以吸入低压流体或气体。
吸入流体与工作流体混合后，在扩散器中速度降低、压力升高，并最终排出。
2.主要设计参数及计算关系：
喉部面积比(Ae/Ad)：喷嘴喉部面积与扩散器喉部面积之比，影响混合效率和抽吸能力。
膨胀比(ER)：工作流体在喷嘴出口处的速度动能与其在入口处的压力能之比，即ER=v²/(2·γ·ΔP)，其中v是喷嘴出口速度，γ是工作流体的比热比，ΔP是工作蒸汽前后压差。
压缩比(CR)：喷射泵进口处的绝对压力与混合室出口处的绝对压力之比。
混合室长度和直径：影响混合效率和性能稳定性的关键几何尺寸。
工作蒸汽消耗量：根据所需的抽气能力和膨胀比计算得到。
3.计算实例：
工作蒸汽流量Qs的计算可能基于能量守恒定律，通过已知的入口和出口条件以及理想气体方程来估算。
抽吸能力（如抽气速率Qa或抽吸压力）可以根据经验公式或者更为详细的两相流动模型进行计算。
实际工程应用中，喷射泵的设计需要综合运用上述原理并通过实验数据校核。
由于设计过程相当复杂且受到许多变量的影响，通常会使用专门的软件或详细的设计手册来进行精确计算。
喷嘴设计及计算
流线圆锥形喷嘴是上述两种形式之结合，图12就是这种形式的喷嘴。从图可以看出来，水流自喷管先经过喷嘴的流线形段，继而经过圆锥形段。从加工来说，凸流线形喷嘴易于加工。由于圆锥形喷嘴有结构简单，加工方便等优点，所以目前喷头大多采用圆锥形喷头。
第二节喷嘴直径的确定
喷嘴直径是一个重要的数值，它直接影响到喷灌质量，如喷灌强度，均匀度和雾化程度。它又和喷头的结构和水力性能有极为密切的关系，诸如喷灌直径Dcm，喷头流量，射程和工作压力等。
提供各种雾化效果最佳选择：
压力值一般为0.2-0.7Mpa左右
而当管口直径为2~3毫米时，H/Dc值选3000，压力值选0.7Mpa左右，喷嘴仰角在40度到45度左右，
光洁度在 。
四改变喷头喷洒轨迹的力学途径
很多喷头采用的是喷洒轨迹为弧形的喷洒喷头，很浪费水源，面对多种喷洒的要求，本研究采用弧形轨迹改为方形轨迹为研究对象，依据流体力学原理，提出改变喷头喷洒轨迹的力学方法及途径。
喷嘴光洁度
流量系数
0．86
1．84
三设计喷头最优参数选择
由以上应选取45度内锥角，流量系数为0。86。光洁度（表面光洁度）应为 。考虑影响射程和水滴直径H/Dc值，H/Dc对喷头有高度影响，比值H/Dc在一定程度上反映雾化程度，即喷洒雨滴的直径，所以大家把它称为雾化指标。当H/Dc=3000时有最远射程。喷头工作压力和喷头直径的比值H/Dc是随其增加，水滴直径将减小，对于不同的喷嘴，，在相同的H/Dc下，随着喷嘴直径的增加而水滴直径将减小。
综上所述，由于喷嘴直径的大小影响到喷头的喷洒量，功率消耗，射程和水底大小，，所以喷嘴止直径的确定，应以式
喷头直径Dc(毫米)
适宜的H/Dc值
2~4
喷嘴入口压力计算
喷嘴入口压力计算动力液进入射流泵后，经导液管到达喷嘴，在此过程中会产生阻力损失，包括沿程阻力损失和局部阻力损失。
应用伯努利方程可进行求解。
计算过程见下文。
（1） 列导液管前后两端面的伯努利方程对射流泵导液管，设计时取直径为20Φ，计算中初选长度为180mm 。
射流泵内部导液管与喷嘴示意图如图4-2所示。
图4-2 射流泵导液管、油管和喷嘴示意图列1-1断面和喷嘴入口断面11j j -上的伯努利方程：121011201122w j j h gv p z g v p z +++=++γγ （4-6）式中：1z —1-1断面相对于参考平面的高度，m ；j z —喷嘴入口断面相对于参考平面的高度，m ；0v —动力液在油管中的流速，m/s ；1v —动力液在导液管中的流速，m/s ；1p —1-1断面的压力，MPa ；1j p —喷嘴入口断面处动力液压力，MPa ；1w h —1-1断面和喷嘴入口断面11j j -之间的阻力损失，m 。
由前文的计算结果可知动力液在油管中的流速和1-1断面的压力分别为：0v =38.1m/s85.381=p MPa由于泵内空间不大，所以1-1断面和喷嘴入口断面11j j -之间的高度差可忽略不计，即：1z z j ≈。
（2） 计算动力液在导液管中的流速 在导液管中：214导d v Q n π⋅= （4-7） 式中：n Q —动力液的流量，m 3/min ； 导d —射流泵导液管直径，mm 。
由已知条件和前文可得：25.0=n Q m 3/min 20=导d mm将各参数值代入式（4-7）得动力液在导液管中的流速为：s/m 26.1360)1020(14.325.0442321=⨯⨯⨯⨯==-导d Q v nπ （3） 计算动力液在导液管中的阻力损失 动力液在导液管中的阻力损失为：111j f w h h h += （4-8）式中：1f h —导液管中的沿程阻力损失，m ；1j h —断面1-1和11j j -之间局部阻力损失，m 。
喷嘴设计及计算范文
喷嘴设计及计算范文喷嘴是用来将流体以其中一种方式从一个系统中喷出的设备。
喷嘴设计的目的是通过适当的流动条件和几何参数来满足特定的喷射需求。
这些需求可能包括喷射速度、喷射角度、喷射距离等。
喷嘴的设计与计算是一个复杂的过程，需要考虑多个因素，如流体性质、流动条件、材料特性等。
下面将介绍一些常见的喷嘴设计及计算方法。
1.喷嘴类型选择根据喷射的介质和需求，可以选择不同类型的喷嘴。
常见的喷嘴类型包括：圆孔喷嘴、缝隙喷嘴、锥形喷嘴等。
每种喷嘴都有自己的特点和适用范围。
2.喷嘴几何参数计算喷嘴的几何参数包括出口直径、喷嘴长度、出口形状等。
这些参数将直接影响喷射流体的速度和角度。
计算这些参数时，需考虑喷射介质的性质、流动条件和应用要求等因素。
3.喷射速度计算喷嘴的设计目标之一是获得所需的喷射速度。
根据伯努利方程和质量守恒定律，可以得到以下方程用于计算喷射速度：v = √(2gh)其中，v为喷射速度，g为重力加速度，h为喷嘴出口处的压力差。
4.喷射角度计算喷射角度是指喷射流体与垂直方向的夹角。
根据牛顿第二定律，可以得到以下方程用于计算喷射角度：θ = tan^(-1)(v^2 / (gR))其中，θ为喷射角度，v为喷射速度，g为重力加速度，R为喷嘴出口处的径向速度。
5.喷射距离计算喷射距离是指从喷嘴出口到喷射点的水平距离。
根据平抛运动的原理，可以得到以下方程用于计算喷射距离：d=v*t其中，d为喷射距离，v为喷射速度，t为喷射时间。
6.考虑流体的黏度如果喷射的介质是粘性流体，需考虑黏度对喷射性能的影响。
黏性流体的流动行为与牛顿流体不同，需要进行额外的计算和分析。
在设计和计算喷嘴时，还需考虑其他因素，如流体动力学、流体稳定性、噪声和振动等问题。
喷嘴设计的目标是在满足喷射需求的同时，尽可能减少能量损失和系统成本。
注意，喷嘴设计和计算是一个复杂的过程，需要充分的理论基础和工程经验。
在实际应用中，可能还需要进行模拟分析、实验验证和优化设计等工作。
喷嘴压力等计算公式
:反作用力，N； ：有效流量，L/min; :工作压力，bar
:反作用力，lb； ：有效流量，L/min； :工作压力，psi
（2）
式中,Nozzle#为喷嘴索引号；q:流量,GPM(gal/min)；p:压力,psi(lb/inch2)
3、管路压力损失计算
高压硬管压力损失： ，雷诺数：
高压软管压力损失： ，雷诺数：
式中：∆p为压力损失，MPa/m； 为流量，L/min；D为钢管（软管）内径，mm.
4、高压1、泵压力、流量→求电机功率
:泵额定压力MPa， :泵流量L/min, :电机功率kW.
泵压力、流量→求发动机功率
:MPa, :L/min, :kW.
2、喷嘴直径计算及喷嘴选择
（1）
式中, 为喷嘴直径，mm； 为喷射压力，bar；
为喷射流量，L/min； 为喷嘴个数.
为喷嘴效率系数，对喷枪喷嘴 0，对柔性喷杆
自喷井油嘴计算公式
自喷井油嘴计算公式
自喷井油嘴的计算公式可以根据流体力学的原理来推导。
自喷井油嘴是用于喷射液体或气体的装置，其流量通常受到压力、喷嘴孔径和流体性质的影响。
一般来说，自喷井油嘴的流量可以通过以下公式来计算：
Q = C A sqrt(2 g h)。
其中，Q代表流量，C代表流量系数，A代表喷嘴的截面积，g 代表重力加速度，h代表喷嘴的喷射高度。
流量系数C是一个经验值，通常需要通过实验或者参考相关文献来确定。
喷嘴的截面积A可以通过喷嘴的直径或者其他几何参数计算得出。
重力加速度g通常取9.81 m/s^2。
喷射高度h是指液体或气体从喷嘴喷射出来的高度。
需要注意的是，以上公式是一个简化的理论模型，实际情况中可能还需要考虑流体的粘性、喷嘴的形状等因素。
因此，在实际工程中，可能需要进行更为复杂的流体力学计算或者实验验证来确定自喷井油嘴的流量。
喷嘴设计及计算
第一章喷头改进设计的必要性喷雾喷头是通过一定方法，将液体分离细小雾滴的装置，目前在使用的一般是采用减小喷口直径，这些喷头雾化效率低，水量小，第二章喷嘴设计及计算喷嘴是喷头的重要部件，也是直接影响喷灌质量和喷头水力性能的一个部件。
它不但要最大限度地把水流压能变成动能，而且要保持稳流器整理过的水流仍具有较低的紊流程度。
喷嘴的结构形式一般有下列三种：1．圆锥形喷嘴圆锥形喷嘴由于其结构简单，加工方便而被大量应用于喷头，其结构如图。
圆锥形喷嘴的主要结构参数是：喷嘴直径D c,喷嘴圆柱段长度l,喷嘴内腔锥角。
有的喷头为了提高雾化程度或增加喷头近处的水量，而在喷嘴出口处增加一粉碎螺钉，其结构见图。
由于射流撞击在螺钉上，增加了碰撞阻力以致影响了喷头的射程及喷洒均匀度，所以现在除了个别喷头外已很少采用加粉碎螺钉的结构。
2．流线形喷嘴为了使水流平顺，有的喷头设计成流线形，以减少水流冲击损失。
流线形喷嘴结构如图所示。
苏联维多新斯基为流线形喷嘴的设计提供了计算公式：实验表明，水流不很平顺的喷头采用流线形喷嘴，喷头射程能增加8~12%。
但水流很平顺的喷头采用流线形喷嘴，喷头的射程增加很微小。
由此可见，流线形喷嘴能使水流平稳从而提高喷头射程。
3。
流线圆锥形喷嘴流线圆锥形喷嘴是上述两种形式之结合，图12就是这种形式的喷嘴。
从图可以看出来，水流自喷管先经过喷嘴的流线形段，继而经过圆锥形段。
从加工来说，凸流线形喷嘴易于加工。
由于圆锥形喷嘴有结构简单，加工方便等优点，所以目前喷头大多采用圆锥形喷头。
第二节 喷嘴直径的确定喷嘴直径是一个重要的数值，它直接影响到喷灌质量，如喷灌强度，均匀度和雾化程度。
它又和喷头的结构和水力性能有极为密切的关系，诸如喷灌直径Dcm ，喷头流量，射程和工作压力等。
由于喷头喷出的射流是高压高速水流的孔口出流，所以可应用水力学的圆形孔口出流公式计算。
即： Q=2024gH D 式中： 0H =2 H其中， Q—喷嘴流量 --流量系数0D -射流收缩断面的直径0H -射流收缩断面的压力-流速系数H-喷头工作压力知道了射流收缩断面的直径可由奥克勒所推荐的计算式计算喷嘴直径：D)2sin16.01(1 0CDD式中1-喷嘴内腔渐缩角但是，喷嘴直径还对喷头射程雨滴粒径有显著的影响。
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毕业论文(设计)题目名称：井下水力喷射泵喷嘴头的设计与计算题目类型：毕业论文学生姓名：宁伟院 (系)：机械工程学院专业班级：机械11101班指导教师：易先中辅导教师：易先中时间： 2015.3.10 至 2015.6.10目录目录 (Ⅰ)长江大学毕业设计(论文)任务书 (Ⅱ)毕业设计开题报告 (Ⅲ)指导教师评审意见 (Ⅳ)评阅教师评语 (Ⅴ)答辩记录及成绩评定 (Ⅵ)井下水力喷射泵喷嘴头的设计与计算....................................... V II 1正文.. (IX)1.1前言 (IX)1.2射流泵研究与应用概述 (IX)1.2.1 射流泵理论发展状况 (X)1.2.2 射流泵水动力学特性 (XII)1.2.3射流泵的最优参数 (XV)1.2.4 湍流模式理论...................................................................................................... X VI1.2.5 射流泵研究存在的问题 (XVIII)1.3论文研究的主要内容 (XIX)2 射流泵基本特性研究 (XIX)2.1射流泵的工作原理及基本特性参数 (XIX)2.1.1射流泵的结构及工作原理............................................................................... X IX2.1.2射流泵基本特征指数......................................................................................... X XI2.2射流泵的基本特性方程.......................................... X XIV2.2.1特性方程理论研究 (XXIV)2.2.2 射流泵的效率......................................................................... 错误！未定义书签。
2.2.3摩擦损失系数.......................................................................... 错误！未定义书签。
2.2.4摩擦损失系数.......................................................................... 错误！未定义书签。
2.3射流泵的气蚀特性.............................................. X XXI2.4射流泵关于出口压力的稳定性.................................... X XXI2.4.1敏感性参数 .............................................................................. 错误！未定义书签。
2.4.2敏感性曲线 ........................................................................................................ X XXI2.4.3摩擦损失系数和密度对敏感性的影响 ..................................................... X XXII2.5射流泵内能量分布研究......................................... X XXIII2.5.1无量纲能量表达式................................................................. 错误！未定义书签。
2.5.2能量及能量损失分析 (XXXIII)2.5.3效率与相对能量损失分析 (XXXIV)2.6射流泵最优参数解 (XXXV)2.6.1最优参数方程推导................................................................. 错误！未定义书签。
2.6.2射流泵性能和效率的包络线 (XXXV)2.6.3摩擦损失系数和密度比对包络线的影响 (XXXVI)2.6本章小结 (XXXIX)3射流泵单相流数值模拟 (XXXIX)3.1基本数学模型...................................... 错误！未定义书签。
3.1.1控制方程................................................................................... 错误！未定义书签。
3.1.2边界条件................................................................................... 错误！未定义书签。
3.2计算的物理模型和网格划分....................................... XLI3.3数值模拟的准确性.............................................. XLI3.4射流泵湍流特性及喉嘴距的影响.................................. X LII3.4.1基本物理模型的结构尺寸............................................................................... XLII3.4.2径向速度.............................................................................................................. X LIII3.4.3轴向速度.............................................................................................................. X LVI3.4.4湍动能分布 ....................................................................................................... XLVII 结束语.. (40)参考文献 (41)致谢 (42)长江大学毕业设计(论文)任务书学院（系）机械工程学院专业机械设计制造及其自动化班级机械11101学生姓名宁伟指导教师/职称易先中/ 教授1毕业设计(论文)题目：井下水力喷射泵喷嘴头的设计与计算2．毕业设计（论文）起止时间：2015 年3月10日～2015年6月10日3．毕业设计(论文)所需资料及原始数据（指导教师选定部分）[1]龙新平,吕桥,肖龙洲. 射流泵水力设计软件开发[J]. 流体机械,2013,05:44-47.[2]高晓东. 围压对水射流冲击压力的影响研究[J]. 中国科技信息,2013,12:76+79.[3]李君,高传昌. 自激脉冲射流技术研究与应用进展[J]. 南水北调与水利科技,2013,04:187-191.[4]江勇,陈娟,任亚龙,张宝强,张倩. 海底管道挖沟机射流泵参数确定方法[J]. 油气储运,2013,05:504-507.[5]赵雪岑,王金涛,刘松亚,刘立志. 射流泵水力特性优化设计研究[J]. 核动力工程,2014,04:129-132.[6]金博. 水力射流排砂泵选型方法研究[J]. 科技资讯,2012,09:97.[7]金博. 射流排砂泵动态特性分析[J]. 石油矿场机械,2012,07:55-58.[8]程洪贵,龙新平,杨雪龙,肖龙洲. 超大面积比射流泵性能的数值模拟与流动分析[J]. 流体机械,2012,07:38-41+51.[9]申坤,杨剑,马丽,董昭. 水力射流复合解堵技术的研究与应用[J]. 石油化工应用,2011,01:48-53.[10]王常斌. 油井排砂用射流泵的研究[D].浙江大学,2004.[11]马建杰. 海上定向井射流泵举升稠油工艺设计[D].西南石油大学,2006.[12]赵艳红. 射流泵的水动力学特性及其内部流场的数值模拟[D].东北石油大学,2012.[13]徐宏国. 湿蒸汽驱动井下喷射泵举升特超稠油技术研究[D].中国石油大学,2009.[14]冯鹏. 车载排液采气连续油管射流泵系统理论与技术研究[D].西安石油大学,2013.[15]马守玉. 喷射泵采油系统优化设计研究与应用[D].西南石油学院,2004.[16]高立超. 高压旋转射流负压冲砂工具设计与实验研究[D].中国石油大学,2010.[17]刘旭. 油井射流排砂泵固液两相流场数值分析[D].吉林大学,2011.[18]卜娉婷. 用于油井排砂的水力喷射泵系统设计[D].大庆石油学院,2009.4．毕业设计(论文)应完成的主要内容（1）叙述水力喷射钻井和采油的工作特点及关键技术；（2）井下水力喷射泵的工作原理；（3）井下水力喷射泵射流头的工作力学特性与分析；（4）井下水力喷射泵射流头的结构设计与计算；载荷的分析与强度校核;（5）研究结论与改进建议(撰写设计说明书一份)。
5．毕业设计(论文)的目标及具体要求（1）毕业设计(论文)正文：字数不少于 1.2万字或1.2万字篇幅的内容;（2）翻译：与研究课题有关的译文不少于3千汉字 (或 2 万印刷字符的外文原文的翻译);（3）阅读与研究课题有关的有代表性的参考文献资料15篇以上.（4）设计说明书1份；总图及零件结构图纸3－4张。
其它具体要求:[1]文献综述方面: 有比较完善的文献综述，能全面地反映该学科及相关领域的发展状况，归纳总结正确。
[2]理论分析水平: 研究方案设计合理，理论分析与计算正确，有较强的实际动手能力。
[3]基础知识应用：对研究的问题有独到见解，能形成一定的创新成果。
[4]总结提炼能力：结构严谨，逻辑严密，语言流畅；表达准确，简明扼要；层次清晰，重点突出。
6、完成毕业设计(论文)所需的条件及上机时数要求（1）完成该毕业设计要求学生具有较强的分析计算和程序设计能力；（2）需自学石油矿场机械的工作原理与设计方法等知识。