當前位置：射流流體力學基礎知識之小孔口出流【高壓柱塞泵】
一定壓力的流體從孔口流出即可形成射流。根據孔口邊緣形狀和出流情況可將孔口出流分為薄壁孔口出流和厚壁孔口出流(或稱短管出流),見圖2-1與圖2-2所示。
孔口出流問題可利用伯努利方程來解決。對圖2-1所示薄壁孔口出流,由于孔口邊緣尖銳,而流線又不能突然轉折,經過孔口后射流繼續發生收縮,在離孔口很近的C-C處射流截面面積達到最小,稱為收縮截面,它的面積以Ac表示,Ac與孔口的幾何截面面積At之比稱為收縮系數ε。
ε=Ac/At (2-6)
在收縮截面C-C上,流線近似平行,可以認為是緩變流動。液體從薄壁孔口出流時沒有沿程損失,只有因收縮而引起的局部阻力損失。列出的上游1-1截面與C-C截面之間的伯努利方程為:
式中
Pa—— 環境壓力；
P—— 驅動壓力；
v1—— 孔口上游速度，可近似認為0；
vc——孔口出流收縮截面速度；
ρ——水的密度；
ζ——孔口出流局部阻力系數；
H——液面高度。
經推導后，可得：
流速系數
通過孔口的流量
q=vc Ac
將式（2-6）與式（2-7）代入上式得：
流量系數
μ=φε （2-10）
式中 At——孔口截面幾何面積，為πd2/4。
與薄壁孔出流相對比,再分析圖2-2所示的厚壁孔口出流。對厚壁孔口出流,如果孔口進口邊界是尖銳的,由于流線不能轉折,射流也會發生收縮,但射流受到阻力要發生擴散。如果壁厚L>(2~4)d時,擴散的射流就發生附壁,在離開孔口時,液體已充滿整個截面,即收縮截面發生在孔口內部(圖2-2中C-C截面),使厚壁孔口出流的收縮系數ε=1。而其出流能量損失ζ v22/2 由下列三部分組成:截面1-1至C-C之間的能量損失,屬進口損失;截面C-C以后的擴散損失;射流附壁后的沿程阻力損失。
前兩項為突然局部阻力損失,而第三項沿程損失為λ=L0/d · v22/2,需視附壁長度L0而定。這樣,與薄壁孔口出流相比,厚壁孔口出流的阻力增壓了,即φ降低了,但出口流量反而有所增加。這是由于孔口內C-C截面處產生真空的緣故。如果列出C-C截面與2-2截面的伯努利方程,即
上式中的能量損失
項沿程損失可以忽略,主要是擴散損失，所以
。再由連續性方程可得到
，因此
很顯然,
是C-C截面處的真空度,而εc<1,即真空度是正的,也即Pc
在實際工程應用中,由于驅動壓力p一般都遠遠超過式(2-11)中所限制的p值。為了防止出現氣化現象,一般不直接采用短管型噴嘴,而是加以改進,做成收斂的流線型或直錐型噴嘴。這些噴嘴的造型既保留了短管(厚壁孔口)的優點,又避免了引起氣化的可能性。
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