6水射流基本理论讲解
水射流技术原理
先进制造技术课程论文论文题目：水射流切割的技术原理、设备、技术特点及实际应用分析系部：专业：班级：学生姓名：学号：指导教师：xxx年月日绪论高压下,由喷嘴发出的高速水射流,具有很大的能量,足以切割坚硬的材料(包括金属和非金属);如果向水射流中加入某种固体硬颗粒,则称为磨料水射流,它具有更大的能量,可以切割更硬更厚的材料,这就是水射流切割技术的简单描述。
尽管早在古代,人们就已懂得“滴水穿石”的道理,然而直本世纪60年代,才真正把这个简单原理变成水射流切割工业技术;而磨料水射流技术的应用,还不到10年时间,所以这是一项新兴技术。
然而,近年来发展很快,迄今全世界已有几十个国家,共拥有大约2000个水射流切割系统。
尽管如此,当前这项技术仍处于初级发展阶段,技术尚不成熟,在理论与实践方面,都有许多空白,有待填补。
这项技术起步较晚的原因在于,它涉及到超高压技术,因而对材料、制造工艺、设计方法、理论分析、控制手段、经济承受力等提出了严格要求。
开发和应用这项技术,与一个国家的综合发展水平和国力强弱有密切关系。
我国已在近年里,逐渐开展研究和应用,尤其在理论研究方面,已取得许多成果,但在制造技术方面,却有较大差距,有待解决。
多年的实践证明,水射流切割技术,独具特点,是现代机械加工及技术发展中不可缺少的组成部分,具有很强的生命力,必须充分予以重视,有计划地研究、开发和应用。
现代的高压水射流切割作为一门高新特技术涉及的学科领域较多，如超高压理论、流体动力学、特种材料、材料力学、弹性力学、制造工艺学、高压密封技术、自动控制理论等现代科技内容，其自身是一种标准的机电液一体化产品，其卓越的应用效果更集中体现在高科技产品制造上。
某种意义上讲，水射流技术的研究与应用也成为了一个国家综合科技水平和经济实力的标志。
第一章水射流切割技术原理水射流切割技术的基本原理是将少量的水加压到极高的压力(高于380MP)迫使高压水通过一个小孔(直径0.1~0.5smm),以高速冲击工件,速度可达约915m/S(视压力而定)。
环境水力学-射流、羽流及浮射流(ppt 38页)
– 式中，u为射流的特征流速， L为特征长度，
ρ为射流密度, ρa为环境流体密度。
– 密度佛汝德数Fd反映了作用于射流的惯性力与 浮力之比。当Fd很大时，表明射流是由动量起 支配作用，当Fd很小时，则由浮力起支配作用。 若以当Fd0代表射流出口处密度佛汝德数，显然， 是由动量起支配作用，当Fd0 →0时，属于浮力 羽流。若Fd0 →∞，浮力作用趋于零，为纯射流。 若Fd0处于两者之间则为浮射流。
19.06.2020
4
基本概念
• 分类
– 按射流周围环境边界条件来分：
• 自由射流：射流射入无限空间时，称为自由射流。 • 有限空间射流：射流射入有限空间时，称为非自由射
流。其中：
– 若射流是沿着固壁发展的，叫做附壁射流； – 沿水体自由水表面发展的，叫做表面射流。
– 按射流进入的流体介质来分：
• 淹没射流：射流射入性质一样的同种流体中。 • 非淹没射流
C u((xx,,yy))uC00y b
式中，b’为射流核心区的半宽度；u0为射流出口流速； C0为射流物质浓度。
19.06.2020
9
2、平面淹没紊动射流
• 在核心区以外
Cu((xx,,yy))uC00eexxpp[[((yy(b2bbb))2)22]]y b
• 式中，b’为核心区的宽度； b为射流扩散宽度； u为x方向的速度分量； λ为浓度与速度宽度之比，一般为常数。
– 浮射流（Buoyancy jet）：是兼受动量和浮力两 种作用而运动的射流。
19.06.2020
3
• 从水力学的观点来看，浮射流产生的稀释扩 散与环境水流被动的紊流扩散规律有一定的 差别。
– 因为后者的流速场与浓度场无关，并且许多问 题是与固体中热传导规律相似。浮射流排放问 题，则必须把流速场和浓度场耦合起来联立求 解。
射流知识点总结
射流知识点总结一、射流的定义射流是指液体或气体在一定条件下经过喷嘴或管道的流动，受到一定的压力驱动，以高速喷射而成的一种流动形态。
射流是一种经常出现在我们日常生活和工程实践中的流体现象，比如水龙头中的水流、火箭推进器中的燃气流等等。
二、射流的形成在射流形成的过程中，通常需要有一定的压力差，以驱动流体通过喷嘴或管道，形成高速的射流。
射流的形成主要有以下几种方式：1. 压力射流：当容器内的流体受到一定的压力作用时，通过喷嘴或孔洞等结构，流体会形成高速的射流。
这种射流形式常见于喷气发动机、水下喷射系统等。
2. 动量射流：当一种流体在一定条件下受到一定的动量作用时，也会形成射流。
比如在水下潜水艇的尾部会有高速射流，这是因为潜水艇在水中的运动会产生一定的动量，在尾部的流体受到这种动量作用后，形成高速的射流。
3. 燃烧射流：在一些燃烧过程中，燃烧产生的高温气体也会形成射流。
比如火箭发动机中的燃气排放就是一种燃烧射流，它的形成是由于燃烧反应产生的高温气体在一定条件下通过喷嘴而形成的高速射流。
三、射流的特性射流作为一种特殊的流动形态，具有下面几个特性：1. 高速：射流通常以很高的速度流动，这是因为在形成射流的过程中，流体受到了一定的压力差或动量作用，从而形成了高速的流动状态。
2. 谐振：在一些特定的情况下，射流会产生特定的频率，这种现象被称为谐振。
比如在一些管道中，流体通过喷嘴形成的射流可能会产生一定的频率振荡，这对于一些工程和科研应用有一定的影响。
3. 稳定性：射流通常具有一定的稳定性，即使在一定的环境条件下，射流也会保持一定的形态和流动状态。
这一特性对于一些实际应用来说是非常重要的，比如火箭喷口的射流稳定性就对推力和运动轨迹有着重要影响。
4. 受力作用：在射流形成的过程中，流体会受到一定的力学作用，比如压力力、动量力等，这对射流的形态和流动状态有着重要的影响。
四、射流的应用射流作为一种重要的流体现象，在工程和科研中具有广泛的应用。
6-水射流基本理论讲解PPT课件
2u z y 2
2u z z 2
du z dt
p1
1u12
2
gZ1
p2
2u22
2
gZ 2
ghf
7
第二节 射流流体力学基础知识1．薄壁孔出流p , v po，uo
o
o
H
C
p , v c pc，uc
c
C
8
第二节 射流流体力学基础知识
2.厚壁孔口（短管）
po，uo
p o, vo
CA
CA
2
§1 绪论——分类
1．根据射流的压力——低压射流、中压射流和高压射流
压力等级 低压射流
中国、日本压力范围 /MPa
≤10
美国压力范围 /MPa
0.5~35
系统设备
多级离心泵、低压 往复泵
高压射流
10~100
35~140
高压往复泵
超高压射 流
≥100
140~420
超高压往复泵、增 压器
3
§1 绪论——分类
5
§1 绪论——分类
5．根据射流水力学特性——定常射流和非定常射流 定常射流的：射流的各个断面上的流体力学特性不随时间而变化，仅为
位置的函数，定常射流一定是连续射流。 非定常射流：射流各断面上的流体力学特性不仅随其位置而变化，而且
随时间而变化。而非定常射流可以是连续射流，也可以是非连续射流。
6．根据射流介质相——单相射流和多相射流 水射流：包括加有高分子聚合物的水射流都属于单相水射流。 固液两相射流：混有固体磨料微粒的磨料射流及混有微小冰块的冰水射流 气液两相射流：比如混有空化气泡的空化射流属于气液两相射流。
第六章 水射流基本基本理论
水射流基本理论讲解课件
目录
• 水射流概述 • 水射流形成机制 • 水射流动力学特性 • 水射流切割性能 • 水射流清洗性能 • 水射流案例分析
01
水射流概述
水射流定义
01
02
03
高速水流
水射流是以水为工作介质 ，通过加压设备或重力作 用，形成高速水流。
连续或脉冲
水射流可以是连续的水流 ，也可以是脉冲的水流， 这取决于使用的喷嘴类型 和操作条件。
水射流切割应用
工业制造
水射流切割广泛应用于汽车、航 空航天、船舶、电子等工业制造 领域，用于切割金属、非金属、
复合材料等各类材料。
建筑行业
水射流切割可用于混凝土、岩石等 建筑材料的切割，具有切割精度高 、损伤小等优点。
医疗领域
水射流切割在医疗领域也有广泛应 用，如手术中的组织切割、牙齿治 疗中的龋齿去除等。
水射流形成原理
液体压力与流量关系
当液体受到压力时，它会形成一条直 线射流。压力越大，射流越快，流量 也越大。
射流的形成与扩散
当液体的压力足够大时，它会以极快 的速度向外扩散，形成射流。随着射 流扩散，压力逐渐降低，速度也逐渐 减慢。
水射流形成过程
喷嘴设计
喷嘴是形成水射流的关键部件。 根据不同的需要，喷嘴可以有不 同的形状和尺寸。
2. 机身表面清洗：水射 流可用于飞机和航天器 机身表面的清洗，去除 附着的尘埃和污垢，提 高飞行器的气动性能。
3. 流体动力学研究：水 射流在航空航天领域中 还被用于流体动力学研 究，以了解流体与飞行 器表面的相互作用。
水射流在环保领域中的应用案例
总结词：水射流在环 保领域中应用广泛， 能够有效地处理环境 污染问题，提高环境 质量。
第九章 射流
9.2 常见射流问题的动量积分解
前提：等密度自由紊动射流，环境为静止的同种流体。
平面射流 断面流速分布 （高斯分布） 主 体 段 半厚度 be u 1 0.368 um e 轴线流速 流量 卷吸系数
u y2 exp( 2 ) um be
圆断面射流
u r2 exp( 2 ) um be
流体
非淹没射流：不同性质流体（如大气中的水射流）。 淹没射流：同种流体 平面射流（无限宽条缝）
出口断面形状
圆断面射流（轴对称） 矩形出口 动量射流：较大初始动量
射流原动力
浮力羽流：密度差产生的浮力 浮射流：初始动量和浮力双重作用
横向尺度<<纵向尺度 边界层特点 横向速度梯度>>纵向
横向压强梯度=0
0.056
L0 6.2 D, 6.8D 距离源点 距离喷口
起始段长度
L0 5.2(2b0 )
平面射流 主 体 段 轴线浓度 断面浓度分布 （高斯分布） 浓度分布与速度 分布的宽度比
c y2 exp( 2 2 ) cm be
圆断面射流
c r2 exp( 2 2 ) cm be
z
为y-z平面上的二维流动。
o
y
方程组：6.137, 6.138， 6.139， 状态方程6.105， 6.106
2 羽流参数的计算 方法一：求解控制方程组。需采用一定的紊流模型对脉动项 进行处理； 方法二：利用合理假定，积分求解常微分方程。 相似性假定 卷吸假定
计算结果：P.234表6.1
9.4 浮射流
be x 0.154 x
（边界线性扩展）
um 2b0 12 2.28( ) u0 x
水射流真空泵工作原理
水射流真空泵工作原理水射流真空泵是一种利用水射流产生真空的装置。
它利用水射流产生高速气流，然后将气流引入真空室中，从而产生真空。
水射流真空泵具有结构简单、维护方便、可靠性高等优点，广泛应用于真空技术领域。
一、水射流真空泵的结构水射流真空泵的主要组成部分包括水箱、水泵、水射嘴、气体入口、真空室和排气口等。
其中，水泵是水射流真空泵的核心部件，它的作用是将水射入水射嘴中，产生高速气流。
水射嘴是将水流转化成高速气流的装置，它的结构一般为圆锥形或喇叭形。
气体入口是将待抽气体引入真空室的通道，真空室是气体被抽出的空间，排气口是将气体排出真空室的通道。
二、水射流真空泵的工作原理水射流真空泵的工作原理是利用水射流产生高速气流，然后将气流引入真空室中，从而产生真空。
具体过程如下：1.水泵将水射入水射嘴中，形成高速气流。
2.气体通过气体入口进入真空室，被高速气流带走。
3.气体在真空室中逐渐减压，直到达到所需的真空度。
4.排气口将气体排出真空室，维持真空室内的真空度。
三、水射流真空泵的优点1.结构简单。
水射流真空泵的结构简单，部件少，易于维护。
2.维护方便。
水射流真空泵的部件易于拆卸、更换和清洗，维护方便。
3.可靠性高。
水射流真空泵的部件少、运行稳定，可靠性高。
4.适用范围广。
水射流真空泵可以抽取大部分气体，适用范围广。
四、水射流真空泵的应用水射流真空泵广泛应用于真空技术领域，如真空干燥、真空冷却、真空处理、真空注塑等。
此外，水射流真空泵还可以用于制造业、化工、医疗等领域。
五、水射流真空泵的发展趋势水射流真空泵作为一种传统的真空泵，虽然具有结构简单、维护方便、可靠性高等优点，但是其抽气速度和真空度都有限制。
随着科技的不断发展，新型真空泵的出现，水射流真空泵的市场份额逐渐减少。
未来，水射流真空泵需要不断创新，提高自身的性能和技术水平，才能在激烈的市场竞争中保持竞争优势。
六、结语水射流真空泵作为一种传统的真空泵，具有结构简单、维护方便、可靠性高等优点，广泛应用于真空技术领域。
水射流技术
水射流技术水射流技术是一种广泛应用于工业领域的先进加工技术。
它利用高速喷射的水流来切割、清洗、打磨和表面处理材料，具有精度高、环保、高效等优点，被广泛应用于金属、玻璃、陶瓷、石材等材料的加工处理中。
水射流技术最早由美国东北大学的教授Norman Franz于1950年代末开始研究探索，并于1968年获得水射流切割专利。
自那时以来，水射流技术在不断改进和演化，成为现代工业生产中一种重要的加工工艺。
水射流技术的原理是利用高压水泵将水加压到极高的压力，经过特殊设计的喷嘴以高速形式喷射出来。
喷射出的高速水流可以通过调整喷嘴的直径和压力来控制水射流的速度和强度。
在加工过程中，水射流会与待加工材料发生冲击和摩擦作用，从而实现切割、清洗和打磨等不同的加工效果。
水射流技术的加工精度非常高，可以实现微米级的切割和加工。
这得益于水射流速度快、喷头精细和不同颗粒大小的磨料的使用。
在切割方面，水射流可以实现完全无接触的加工，无需刀具接触材料表面，因此可以避免材料变形和刀具磨损等问题。
另外，水射流技术还可以在加工过程中加入磨料，进一步增强切割能力，适用于切割各种硬度的材料。
除了切割，水射流技术还可以应用于清洗。
喷射出的高速水流具有较强的冲击力和清洗能力，可以去除材料表面的污垢和附着物，达到清洁的效果。
这种清洗方式无需使用化学清洗剂，对环境无污染，因此被广泛应用于食品加工、医疗器械清洗等领域。
水射流技术还可以用于打磨和表面处理。
通过调整水射流的喷射速度和使用不同颗粒大小的磨料，可以实现对材料表面的去除、平整和抛光等加工效果。
相比传统的磨削和抛光方式，水射流技术具有无尘、无振动等优点，对材料表面的损伤较小，并且可以实现多种细致的加工效果。
水射流技术已经成为众多工业领域的重要加工工艺，例如航空航天、汽车制造、电子设备、建筑材料等。
在航空航天领域，水射流技术可以用于对复杂形状零件的切割和加工；在汽车制造中，水射流技术可以应用于车身板材的切割和表面处理；在电子设备中，水射流技术可以用于印刷电路板的切割和细致加工。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
§1 绪论——分类
•1．根据射流的压力——低压射流、中压射流和高压射流
压力等级 低压射流
中国、日本压力范围 /MPa
≤10
美国压力范围 /MPa
0.5~35
系统设备
多级离心泵、低压 往复泵
高压射流
10~100
35~140
高压往复泵
超高压射 流
≥100
140~420
超高压往复泵、增 压器
§1 绪论——分类
•u
•p
•r
•um
•uo po
•2R
•pm
•xp •xc
•x
第三节 其他射流
•1. 磨料射流 •2. 空化射流与自振空化射流 •3. 脉冲射流和聚能射流 •4. 旋转水射流
•1．薄壁孔口出流•po，uo•pc，源自c第二节 射流流体力学基础知识
•2.厚壁孔口（短管）
•po，uo
第二节 射流流体力学基础知识
•3.喷嘴出流
第二节 射流流体力学基础知识
•3.1 淹没水射流的结构
•uo
•uo
•um
第二节 射流流体力学基础知识
•3.2 非淹没水射流的结构
•(2Re Do)
• 3）80年代以来，高压水射流技术迅速展。磨料射流、空化射流、脉冲射流 、水力辅助机械破岩技术和基础理论、切割机理进一步深入发展，并出现汽水 射流、液态金属射流、液态气射流、冰粒射流等特种射流，其应用范围也由金 属和超硬材料切割、表面处理、研磨等。
• 4）中国从20世纪70年代开始的，最初从煤炭部门逐渐发展到石油、冶金、 航空、化工、建筑、机械、市政建设和交通等领域。经过30多年的研究和实践 ，开发出了一批新技术和新产品，有的在国际上处于领先水平。
• 连续射流：该种射流对物料施载开始时有一个短时的冲击峰值压力，随之而 来的是持续稳定的压力。这种射流只有冲击峰值压以后的稳定压力才具有代表性 。该种射流常用于切割和清洗物料。 • 冲击射流：对物料的施载特点是产生一个只持续极短时间的压力峰值，这种 射流只有峰值压力才具有代表性。高速水滴冲击和脉冲水射流是冲击施载方式。 • 混合射流：介于上述两种极端的施载方法之间的称作混合射流。其施载特点 是冲击压力和稳定压力相结合。含有空化气泡的连续水射流（空化射流）在其连 续稳定施载的同时伴随着空化作用的冲击施载。具有一定长度的液柱间断射流， 其施载过程为一冲击压力加上一稳定压力。稳定压力维持的时间与柱状液滴的速 度和大小有关。
§1 绪论——分类
•5．根据射流水力学特性——定常射流和非定常射流 • 定常射流的：射流的各个断面上的流体力学特性不随时间而变化，仅 为位置的函数，定常射流一定是连续射流。 • 非定常射流：射流各断面上的流体力学特性不仅随其位置而变化，而 且随时间而变化。而非定常射流可以是连续射流，也可以是非连续射流。
•2．根据工作介质和环境介质——淹没射流和非淹没射流 • 射流的工作介质与环境介质密度相近或相同时，这种射流称为淹没射流 。如在水中喷射的水射流或在空气中喷射的气体射流都属于淹没射流。 • 如果环境介质的密度大大低于工作介质的密度，则称为非淹没射流。大 气中的水射流就是最常见的非淹没射流。
•3．根据固壁条件——自由射流和非自由射流
6水射流基本理论讲解
§1 绪论—发展历程
• 1）1830年俄罗斯人就采用了大直径水射流冲开未固结的砂砾石金矿、冲洗 淘金，当时压力很低，仅有几个至十几个大气压。
• 2）20世纪50年代，人们发现提高射流压力和速度能够冲蚀较坚硬物料，开 始了较高压力设备的研制和较高压射流的实验，并发现高压水射流是最有效的 破岩方法。
•6．根据射流介质相——单相射流和多相射流 • 水射流：包括加有高分子聚合物的水射流都属于单相水射流。 • 固液两相射流：混有固体磨料微粒的磨料射流及混有微小冰块的冰水射流 • 气液两相射流：比如混有空化气泡的空化射流属于气液两相射流。
第二节 射流流体力学基础知识
•流体力学基本方程
第二节 射流流体力学基础知识
• 有固壁约束下的射流称为非自由射流；反之，则为自由射流。在有些文 献里，自由射流指的是没有固壁限制，而且环境介质的流速很小（或静止）的 射流。流体射流的作业环境内有或没有固体壁面的限制，对射流的形成和动力 特性有明显的影响。
§1 绪论——分类
•4．根据射流施载特性——连续射流、冲击射流和混合射流