CN114100880A - 喷嘴流道及具有双曲余弦函数特征的旋转曲面喷嘴流道 - Google Patents

喷嘴流道及具有双曲余弦函数特征的旋转曲面喷嘴流道 Download PDF

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廖盛祝
苏志善
王玥
朱煜忻
彭尚军
王宇
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Northwestern Polytechnical University
AECC Aero Engine Xian Power Control Technology Co Ltd
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Northwestern Polytechnical University
AECC Aero Engine Xian Power Control Technology Co Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/02—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
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Abstract

本发明属于液压领域，具体涉及一种具有双曲余弦函数特征的旋转曲面喷嘴流道。所述具有双曲余弦函数特征的旋转曲面喷嘴流道的母线表达式为：
Figure DDA0003350836510000011
该喷嘴流道既能保证内部流道呈现连续光滑收缩性，同时该流道的母线在出口处的导数为零，使得出口处流道可约束流体沿轴线方向喷射。

Description

喷嘴流道及具有双曲余弦函数特征的旋转曲面喷嘴流道
技术领域
本发明属于液压领域，具体涉及一种具有双曲余弦函数特征的旋转曲面喷嘴流道。
背景技术
喷嘴在液压领域中应用广泛，其主要功能是将高压来流的液压能转换为高速喷射的动能。喷嘴所产生喷射流可用于液压控制，如在射流管电液伺服阀中用于滑阀位置控制；也可用于抽吸，如用于射流泵中；还可以用于切割，如工业用水刀设备中，等等。为满足上述功能要求，喷嘴的流道从入口到出口一般呈现渐缩型，以保证流体加速；而且出口处的流道管壁一般需与轴线平行，使得出口射流基本沿轴线方向喷射，到达流束状态平稳不发散，射流能量集中的效果。
常见的喷嘴流道结构有圆柱型(见图1)、圆锥型(见图2)、以及圆锥带圆柱段型(见图3)。圆柱型和圆锥带圆柱段型喷嘴在出口处由直线段构成，对射流流向具有一定约束作用，因此能够保证出口射流基本沿轴线方向喷射，但由于流道不光滑，存在流道横截面积突变的情况，使得流体在上述流道中存在涡流，加剧流场内部的能量损耗，降低喷嘴能量传递效率。圆锥型流道虽然在流道内部不存在能量较大损耗的情况，但出口处流道管壁仍处于收缩状态，导致喷射出的流束状态发散，出现射流能量不集中的问题。
发明内容
发明目的：提供一种具有双曲余弦函数特征的旋转曲面喷嘴流道；既能保证内部流道呈现连续光滑收缩性，同时该流道的母线在出口处的导数为零，使得出口处流道可约束流体沿轴线方向喷射。
技术方案：提供一种具有双曲余弦函数特征的旋转曲面喷嘴流道，所述具有双曲余弦函数特征的旋转曲面喷嘴流道的母线表达式为：
Figure BDA0003350836490000021
其中，y(x)是流道母线关于轴向位置x的函数；
x是流道沿轴向的位置，以流道出口为原点；
r是流道出口处横截面的半径；
λ为常数；
e是自然常数。
进一步地，r根据设定的出口喷射流量与流速的比值获得。
进一步地，常数λ，通过下式求出：
λ＝xmax -1·arch(y(xmax)·r-1)
其中：
xmax是双曲余弦函数特征流道沿轴向的最大长度；
y(xmax)是流道母线在轴向位置xmax处的函数值，即双曲余弦函数特征流道在进口处的横截面半径。
进一步地，y(xmax)为给定值。
进一步地，xmax为给定值。
另一方面，提供一种喷嘴流道，所述喷嘴流道包括具有双曲余弦函数特征的旋转曲面喷嘴流道，及出口处连接的圆柱型流道。
另一方面，提供一种喷嘴流道，所述喷嘴流道包括具有双曲余弦函数特征的旋转曲面喷嘴流道，及进口处连接的圆柱型流道。
另一方面，提供一种喷嘴流道，其特征在于所述喷嘴流道包括具有双曲余弦函数特征的旋转曲面喷嘴流道，及进口处、出口处连接的圆柱型流道。
本发明的技术效果：提供了一种具有双曲函数特征的旋转曲面喷嘴流道，该喷嘴流道呈现连续光滑收缩性，可保证内部流场过渡平缓，能量损失小，喷嘴效率高；同时该流道的母线在出口处的导数为零，使得出口处流道可约束流体沿轴线方向喷射，使得喷射出的流束状态不易发散，射流能量集中。
附图说明
图1是现有技术中的圆柱型喷嘴流道示意图；
图2是现有技术中的圆锥型喷嘴流道示意图；
图3是现有技术中的圆锥带圆柱段型喷嘴流道示意图。
图4是本发明所提供的具有双曲函数特征的旋转曲面喷嘴流道结构示意图。
具体实施方式
本实施例，采用如下技术方案：提供一种具有双曲函数特征的旋转曲面喷嘴流道，所述具有双曲函数特征的旋转曲面喷嘴流道的母线表达式是：
Figure BDA0003350836490000031
其中：
y(x)是流道母线关于轴向位置x的函数；
x是流道沿轴向的位置(以流道出口为原点)
r是流道出口处横截面的半径；
λ为常数；
e是自然常数；
进一步的，本发明所述具有双曲函数特征的旋转曲面喷嘴流道的母线表达式还可表述成：
y(x)＝r·ch(λx)……(2)
进一步的，式(1)、式(2)中的常数λ可通过下式求出：
λ＝Xmax -1·arch(y(xmax)·r-1)……(3)
其中：
λ为常数；
xmax是双曲余弦函数特征流道沿轴向的最大长度；
y(xmax)是流道母线在轴向位置xmax处的函数值，即双曲余弦函数特征流道在进口处的横截面半径。
进一步的，结合工程需要，本发明的具有双曲函数特征的旋转曲面喷嘴流道也可和其他形式的流道相结合(如出口处或/与进口处连接等径圆柱型流道)，从而作为总流道的一部分。
以某旋转曲面喷嘴流道设计为例，设喷嘴流道的进口半径为20mm，出口半径为4mm，喷嘴沿轴向总长度为40mm，则满足上述要求的具有双曲函数特征的旋转曲面喷嘴流道设计如下：
根据上述条件，可知：r＝4；xmax＝40；y(xmax)＝20
将上述已知条件代入式(3)可得：
λ＝0.0573
将λ＝0.0573、r＝4代入式(1)，可得到具有双曲函数特征的旋转曲面喷嘴流道的母线表达式为：
Figure BDA0003350836490000041

Claims (8)

1.一种具有双曲余弦函数特征的旋转曲面喷嘴流道，其特征在于，所述具有双曲余弦函数特征的旋转曲面喷嘴流道的母线表达式为：
Figure FDA0003350836480000011
其中，y(x)是流道母线关于轴向位置x的函数；
x是流道沿轴向的位置，以流道出口为原点；
r是流道出口处横截面的半径；
λ为常数；
e是自然常数。
2.根据权利要求1所述的旋转曲面喷嘴流道，其特征在于，r根据设定的出口喷射流量与流速的比值获得。
3.根据权利要求1所述的旋转曲面喷嘴流道，其特征在于，常数λ，通过下式求出：
λ＝xmax -1·arch(y(xmax)·r-1)
其中：
xmax是双曲余弦函数特征流道沿轴向的最大长度；
y(xmax)是流道母线在轴向位置xmax处的函数值，即双曲余弦函数特征流道在进口处的横截面半径。
4.根据权利要求3所述的旋转曲面喷嘴流道，其特征在于，y(xmax)为给定值。
5.根据权利要求3所述的旋转曲面喷嘴流道，其特征在于，xmax为给定值。
6.一种喷嘴流道，其特征在于，所述喷嘴流道包括具有双曲余弦函数特征的旋转曲面喷嘴流道，及出口处连接的圆柱型流道。
7.一种喷嘴流道，其特征在于，所述喷嘴流道包括具有双曲余弦函数特征的旋转曲面喷嘴流道，及进口处连接的圆柱型流道。
8.一种喷嘴流道，其特征在于，所述喷嘴流道包括具有双曲余弦函数特征的旋转曲面喷嘴流道，及进口处、出口处连接的圆柱型流道。
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