水射流穿丝喷嘴设计
高压水射流清洗作业中喷嘴的设计原理和选型依据

圈 1 几种典型 的内表面清洗喷嘴
图 l a 型喷 嘴用 在管垢 比较难 打 、 () 需要 多次 清洗 的情 况 下, 通过人工控制硬管 连续 冲洗 。图 1 b 型喷 嘴只有 一孔 , () 所 有水射流的能量集 中 , 能够增 强打击 力 , 用于 清洗管程 短 的管 道。图 1 c型喷嘴的适应工况是 压力低 (o— ' 、 () 3 Ⅱa 流量 大。图 ) ld 型喷嘴 中心孔用于疏通被堵 塞的管道 , () 向后喷 孔产生 反作
Ke r s: o ze fr y wo d n zl ;oms; r lh ls; la n fiin y d i oe ce nig e ce c l
0 引 言
定喷嘴 、 二维旋转 喷嘴 、 维旋转 喷 嘴。图 1为几种典 型 的 内 三
表面清洗喷嘴 。
高压水射流清洗系统 由主机泵、 调压装 置、 软管与硬管 、 喷嘴 及控制装置等部件组成。高压水 射流成套设备应该 以喷嘴为 中 心, 因为喷嘴作为形成高压水射流的直接工况, 它的作用效果会直 接影响到系统的每个部件。选用与高压水射流清洗 系统相匹配 的 喷嘴, 可以减少水射流能量的损失, 提高清洗的效率。
[] 何石 , 4 何凤岐 , 杨京伟 . 宽频 自动超声技术 在管道检测机 器人中应
用. 无损探伤 ,0 4 s 5 :6—3 . 2O ,2 ()3 8
[] 何石 , 5 何凤歧 , 杨京伟 . 油管腐蚀超声 检测探头阵列 与数字图 长输 像处理技术研究 , 第九届 全国无损 检测新 技术学术研讨 会 宁波 ,
si .yu drad gte oz ei oes n pco t oz efm ne sl tnad a h ge , ̄ ssm o nz e, u sB n e t i zeds np cs adi at fh nzlpr rac , e i t i e t sn n h n l g r m e e o c e o n m c n lm ye 0 s t f
喷嘴结构对高压水射流影响及结构参数优化设计

喷嘴结构对高压水射流影响及结构参数优化设计1韩启龙,马洋(第二炮兵工程大学 动力工程系, 陕西 西安 710025)摘要:喷嘴是产生高压水射流的关键部件,其结构形式对射流动力学性能有很大影响。
以圆柱形喷嘴为对象,进行喷嘴结构对高压水射流的影响分析及结构参数优化设计。
采用两相流计算流体力学模型进行喷嘴内外的射流流场分析。
为节省计算资源,在优化设计时引入Kriging 代理模型替代计算流体力学模型。
分别采用改进的非劣分类遗传算法(Nondominated Sorting Genetic Algorithm, NSGA-II )和基于分解的多目标进化算法(MultiObjective Evolutionary Algorithms based on Decomposition, MOEA/D )进行单目标和多目标优化设计。
研究结果表明:直线型喷嘴总体性能较优,凹型喷嘴次之,凸型喷嘴性能最差。
以直线型喷嘴为设计对象,以射流初始段长度和流量为目标,得到了单目标和多目标优化设计结果,单目标优化时,两个指标较基准外形分别提高14.71%和27.56%。
多目标优化时,优化得到的半锥角处于[15.4 , 89.8 ]区间上。
基于代理模型和进化算法的全局优化方法在进行喷嘴的优化设计时是有效的。
关键词:高压水射流;喷嘴;全局优化;两相流;代理模型;MOEA/D 中图分类号:V411 文献标志码:A 文章编号:Influence of nozzle structure on high pressure water jet andoptimization design of nozzle structure parameterHAN Qilong, MA Yang(Second Artillery Engine ering University, Xi’an 710025, China )Abstract : Nozzle is the crucial component used to generate high pressure water jet, and its structure form has large influence on dynamic performance of high pressure water jet, so the influence of nozzle structure on high pressure water jet is analyzed, and the optimization design of nozzle structure parameter is implemented in this paper. Two phase flow computational fluid dynamics model is employed to analyze flow field. The Kriging surrogate model is used to replace the computational fluid dynamics model in the process of optimization design for reducing the computational resources. The Nondominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II) and MultiObjective Evolutionary Algorithms based on Decomposition (MOEA/D) are respectively employed to carry out single and multi objective optimization design. The research results were summarized as follows. First, the general capability of line-form nozzle was the best, then the concavity-form nozzle, and the protruding-form nozzle has the worst capability. Second, the single and multi objective optimization design of line-form nozzle was implemented, in which core zone length and mass flux of water jet were taken as optimization objectives. Compared to the baseline, the two indexes increased by 14.71% and 27.56% respectively after the single objective optimization. The optimal semi-cone angle after multi objective optimization located on [15.4 , 89.8 ]. Third, the global optimization algorithm based on surrogate model and evolutionary algorithm was proved to be effective. Key words: high pressure water jet ;nozzle ;global optimization ;two phase flow ;surrogate model ;MOEA/D1收稿日期:2015-11-20基金项目:国家自然科学基金青年科学基金项目(E031303)第二炮兵工程大学科研基金青年项目(2015QNJJ034)作者简介:韩启龙(1979-),男,甘肃宁县人,硕士,副教授,E-mail :longfeng.061106@马洋(通讯作者),男,湖南澧县人,博士,讲师,E-mail :mldy0612@由于具有清洗质量好、清洗速度快、绿色环保、安全性能高等优点[1],高压水射流在固体发动机推进剂的清洗和切割中具有很好的应用前景[2,3]。
高压水射流喷嘴的设计及其结构优化

高压水射流喷嘴的设计及其结构优化针对于水射流切割系统而言,关键的设备之一就是喷嘴,严重影响射流内部流场和水射流动力学性能。
通过分析和研究传统直线类型喷嘴,改进喷嘴流道结构,将既具有过渡段和平直段又具有收缩段的流线型喷嘴设计出来。
标签:高压;水射流喷嘴;设计;结构前言:无论对射流流场分布,还是水射流力学性,喷嘴都具有至关重要的影响。
喷嘴结构好能够将水射流加工的精度和效率有效地提升。
喷嘴内部水射流运动的速度也非常快,因此,嚴重磨损喷嘴的结构[1]。
怎样设计出既能够满足加工效率和精率又耐用的喷嘴结构,是当前国内外学者研究和分析的重要课题。
一、设计高压水射流喷嘴(一)水射流结构和机理1.水射流的结构。
射流就是流体通过小孔或者狭缝流动的一种现象。
水射流结构图见图1所示。
图1中分为初始段、基本段、转折段以及消散段四个段。
射流初始段,射流离开喷嘴,虽然就会由于与环境介质能量的转换,而有扩散和紊动剧烈地发生,但是,射流速度并没有改变,而且射流轴线方向上的动压力值和密度,都是保持不改变的。
基本段,射流轴向速度值和动压力值都在渐渐地且有规律地减小,在与轴线断面上垂直时,无论是射流的轴向速度值,还是动压力值,分布都是呈高斯曲线。
转折段,由于射流方向和大小都会有一个突变,所以称此段为“转折段”。
消散段,也是射流最后的一段,射流与射出环境介质在该段中已经完全融合,射流轴向速度和动力值这时都非常小。
结合不同需求来利用不同段的射流,致使射流的最大能量转换率和使用率能够有效地实现[2]。
2.水射流的机理。
水射流就是通过一系统或者一个小孔,将一定静压水喷射成水流且形成细小流线束,致使这种细小流线束既具有较高动压,又具有较高流速。
根据不同标准,水射流分类也不同。
根据驱动压力分:可以分为超高压水射流、高压水射流、中压水射流以及低压水射流。
该文水射流压为选用的是200Mpa,属于超高压水切割。
根据环境介质分:可以分为淹没式式射流和非淹没式射流。
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
工业锅炉高压水射流清洗喷嘴的合理结构设计

工业锅炉高压水射流清洗喷嘴的合理结构设计一、工业锅炉高压水射流清洗的紧要性及现状工业锅炉高压水射流清洗是锅炉保养和维护中的一项紧要工作,可以有效地清洗锅炉内部的管道和零部件,清除锅炉内部的水垢、焦渣、铁锈等杂质,防止锅炉管道堵塞、内壁腐蚀,提高锅炉的运行效率和安全性。
目前,国内很多工业企业在锅炉清洗方面存在一些问题,例如清洗时间长、效果差、费用高等,需要采纳先进的技术和装备进行改进。
高压水射流清洗技术是目前国内外比较先进的清洗方法,其清洗效率高、环保、操作简单,因此受到了广泛的应用。
二、高压水射流清洗喷嘴的结构及工作原理高压水射流清洗喷嘴是高压水射流清洗装备中最关键的部分,其设计合理与否直接影响清洗效果。
高压水射流清洗喷嘴重要由喷头、节流件、膨胀节和涡轮式多级节流装置构成。
1.喷头:喷头是高压水射流清洗装备中的关键部件,喷嘴的尺寸和形状对水流的出口速度和形态起侧紧要的作用。
喷头的结构一般是柔性组合式,既能适应不同规格的管道,又便利更换维护。
2.节流件:节流件用来调整水流的流量和压力,其直径和节流孔的形状对水流的速度和量起侧紧要作用。
一般选用耐磨损、热稳定性好的材料,以保证长时间的正常使用。
3.膨胀节:膨胀节是用来缓冲水流的冲击力和振动的一种组件,其结构相对较简单,可采纳金属材料制成。
4.涡轮式多级节流装置:多级节流装置采纳锥形节流件和涡轮式节流结构,可有效降低水流的速度和压力,使水流更加稳定,清洗效果更佳。
高压水射流清洗喷嘴的工作原理是将水经过高压泵加压后,通过喷头形成高速、高压水流,通过喷嘴中的节流件、膨胀节和涡轮式多级节流装置掌控水流的流量和压力,实现对锅炉内部管道和构件的清洗。
三、高压水射流清洗喷嘴的结构设计高压水射流清洗喷嘴的结构设计重要涉及喷头的形状和尺寸、节流件的形状和直径、膨胀节的材质和数量以及涡轮式多级节流装置的结构等几个方面。
1.喷头:喷头的内部结构应设计成能适应不同规格管道的柔性组合式,可以依据实际需要更换不同规格的喷头,以提高清洗的效率和削减维护成本。
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。
井下水力喷射泵喷嘴头的设计与计算

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。
圆形自由水射流冲击换热及喷嘴布置

圆形自由水射流冲击换热及喷嘴布置柳翠翠;姜泽毅;张欣欣;张成;马强【摘要】Mathematical models for flow and heat transfer combined with theoretical analysis and numerical solution are developed to predict the free surface water jet impingement heat transfer for design of water jet cooling equipment with large axles. The stagnation region, boundary layer region and similarity region are numerically solved separately by differential method. Heat transfer characteristics are obtained and validated by comparison with experimental data. Effects and contributions of key parameters on the free surface water jet heat transfer are analyzed and the arrangement for nozzles is discussed. The results show that the Reynolds number based on the nozzle diameter is a dominant parameter in local Nu-r/d distribution. The area-averaged Nusselt number increases with nozzle diameter at a constant Re and the same impinging areas, and with nozzle flow rate. At a constant flow rate, Re and nozzle diameter exhibit comparable heat transfer capacities in small impinging areas, while the combination of larger nozzle diameter and smaller Re presents a better heat transfer effect in larger impinging areas. The area-averaged Nu has a small decrease with the aspect ratio decreasing from 1: 1 to 1: 4. The staggered arrangement for nozzles is better than in-line arrangement for uniform heat transfer though the area-averaged Nu values are nearly the same.%@@ 引言rn水射流冲击冷却由于具有较高的换热能力,广泛应用于机械和化工行业,以实现工件的快速冷却和控制工件的温度变化.在大型轴类工件(工件直径D=1000~3000 mm)喷水冷却装置中,多喷嘴圆孔自由水射流以特定阵列布置冲击至工件表面,相对短暂的沸腾换热结束后,阵列自由水射流即以强制对流方式实现工件冷却.因此,自由水射流冲击换热特性及多喷嘴布置形式对喷水冷却装置的结构设计至关重要.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2011(062)005【总页数】7页(P1275-1281)【关键词】冲击射流;冷却;喷嘴布置【作者】柳翠翠;姜泽毅;张欣欣;张成;马强【作者单位】北京科技大学机械工程学院,北京100083;北京科技大学机械工程学院,北京100083;北京科技大学机械工程学院,北京100083;北京科技大学机械工程学院,北京100083;中国航空规划建设发展有限公司,北京102206【正文语种】中文【中图分类】TK124水射流冲击冷却由于具有较高的换热能力,广泛应用于机械和化工行业,以实现工件的快速冷却和控制工件的温度变化。
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T e h De g fT ra ig W a r jl No z s n o hedn t - e i e : zl e
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丝 嘴 ( 图 1 等 , 着 对 曲 面加 工 精 度 要 求 的不 断 提 见 ) 随
高。 眼模导 丝 嘴 已成 为线 切 割机 的 主流 。眼模 导 丝 嘴将 电极 丝 完 全 包 裹 , 隙在 0 3 m 之 间 , 的 两 端呈 喇 间 ~1 x 孔 叭 口形 , 为 穿 丝导 向和 斜 度切 割 中 电极 丝 转 向使 用 。 作
Hy r u is P e mai s& S a s . . 0 1 dal n u t c c e l/ 12 1 NO
水 射 流 穿 丝 喷 嘴设 计
隋 志平 韩 福 柱
(. 京华 德液 压工 业集 团 技术 中心 , 1 北 北京 ,0 1 6 107 ) ( . 华大 学精 密仪 器 与机 械学 系 , 京 ,0 0 4 2清 北 10 8 )
摘 要 : 文 针 对 慢 走 丝 线 切 割 机 床 的 自动 穿 丝 系 统 设计 了 一 款新 型 喷 嘴 。 利 用 Fun 软 件 对 该 喷 嘴 进 行 了 仿 真 , 定 了 会 聚 角 度 对 本 le t 确
射 流流 场 的影 响 。 喷 嘴 进 行 喷 水 试 验 , 定 不 同 速 度 下 射 流 的 形 态 以及 穿丝 时射 流 的形 态 , 证 了该 喷 嘴 的 可 行 性 , 对 确 验 为线 切 割 自动 穿
Ab t a t T i at l i a o t h n w d sg o t e o ze t cu e f W EDM a tmai wi t r a i g y t m. e n me i a sr c : h s r c e s b u t e e i e in n h n zl sr t r o u uo t c r h e d n s se T u rc l e h
s lt n f a r e i c nu tdb L E T a dteif e c f o vr n a g sacr ie n w tr e. e o a t f te i a o o t t s o d c yF U N n h l n eo n e e t n l i se a do ae t m d ly h mu i w e j e nu c g e tn jT h i o d e vl i ae e i acr ie y epr na s d n h hedn es it i sbtni e p li h oz . n w i r e ct w trjt s se and b x ei tl t y ad tetra igfai ly s u s t td apyn te nzl A e f o y t me u bi a a g e
meh d s p o i e o h e in o u o t n wi h e d n o ze t o i r v d d fr t e d sg fa t ma i r t r a ig n z l . o e
K y W od : WE M;w t e;nzl t cue F U N e rs D a r jt oz su tr; L E T e e r
丝 喷嘴 设 计 提 供 了一 条 新 的思 路 。 关 键词 : 切 割 ; 射 流 ; 嘴 ;L E T 线 水 喷 FU N
中 图分 类 号 : H1 7 T 3. 5 文献标识码 : A 文 章 编 号 :0 8 0 1 ( 0 1 0 — 0 3 0 10 — 8 3 2 1 ) 1 0 4 — 3
0 前 言
随 着线 切 割 机床 的发 展 ,对 水 射 流 自动穿 丝 提 出 了更 高 的要 求 。其 中影 响最 大 的是 导丝 嘴 的变革 , 丝 导 嘴包 括 三点 接 触式 导 丝 嘴 、组 合 式 导丝 嘴 和 眼模 式 导
喷嘴 就会 和 电极 丝发 生接 触 , 干扰斜 加 工 。针对 上述 情 况 , 文设 计 了一 款会 聚射 流 喷嘴 。 本
采 用 眼模 导 丝 嘴 的最 大不 同在 于 ,由于 导丝 嘴 为 一 整
图 1 眼 模 导 丝 嘴
1 会 聚 喷 嘴仿 真 分 析
会 聚 喷 嘴 ( 图 2 完 全 不 受 导 丝 嘴 和斜 加 工 的影 见 )
体, 要完 成 自动穿 丝 , 嘴就 需要 完 全 包裹 导 丝 嘴 。 由 喷 于 斜加 工 的需 要 ,水 射 流喷 嘴 口径 需 要 足够 大 或 者可 以开合 , 口径水 射 流喷 嘴就 成为 了此 类研 究 的重 点 。 大
响 。会 聚喷 嘴将 整流槽 和喷 嘴收 缩段 进行 了整 合 , 流 水
从 整 流 槽进 人 同时 进行 整 流 和加 速 .然后 在 喷 嘴外 进
穿 丝喷 嘴不 同于普 通 的 喷嘴 , 它有 着 比一 般 喷嘴 更 复杂
的结构 , 流 的形 成 也 更加 复 杂 , 而 导致 射 流 的质 量 射 从 比普 通 喷嘴 差 。首先 , 嘴 中间含 有 导 丝 嘴 。 丝 嘴 的 喷 导 位 置会 干扰 射 流 的形 态 , 射 流更 易 于发散 。其 次 . 使 由 于线 切 割机 斜 加工 的需 要 , 嘴 的 口径 要 足够 大 , 然 喷 不