从水力学的观点谈水枪设计

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从水力学的观点

碳水摘歌爵

北京煤矿靓针院陈

炳强

为了满

足井下水力

探煤的需

要上海煤矿戎洲毙

唐山煤

炭研究

院和萍乡矿

务局

等罩位先后款舒了好几

类型的水枪。

北京煤矿歌剖番台

水力探煤

粗也舒划敲可分为三

类:一、

1低压的

压),

见周i。低压的,

乖合

射流(

水、r

压的,

三、

压头小于高压的。

J~5

大气

叶移动式

的水枪,

韭把上海歌言1巷

老歌

舒的仿苏260

型水枪作了局部的修改。

在就已有的

查料和学曹

心得来敲款

投汁水植时

应注意

的一些

简题,

韭着

重从水力

学戏点来看对水植

精搏

的要

求。

错改

之处在所难免,

希蔽

者不吝

正。圆1低

压射流搏造示

意圆

水力

落煤就是

把水射

流当作

工具,

利用它

所含之

量使煤

破碎。

但是

水射流本身作

为一个落煤

工具

l]与

普通机械探煤有亘

大的差婴,

不但是

水射流可

把落煤和运翰精

合成

罩一的工序及可以远距离操漩落

煤,

韭且水檐的能量消耗

多寡

不直接影响

到落煤与

否。

所以权据这

个特点,

对于水射流

的形成、

射流在空简

的雄造及其对煤壁破碎作用

的研

究,

对改进水力探

煤新技术,

高它

的握济效果等方面,

以及

对于

形成

水射流工

具的水檐敲言十

都具有现实意

义。

本文

仅就

水射流

的形成、

在空

简的排造

和根据落

煤的

效果对水棺精雄所提出的

要求等简述如下。

《一》水

枪射流的外部动力

(B

oeoH,

,及H

RaM

oKa

)

水枪射流的

外部

动力

学是

研究

下面

的几

个简题:

(l)射流

在茎

简的条合礴。

(幻射流

断面上

压力

和流速分

怖的情况。

(3

)对物体冲突力

的大小。

根据流体力

学的概

念,

水枪的射流

是属于

自由的、

非淹没的。

为自由的,

是因为它

未被

固体所限制;

非淹没的,

是因

为射流分怖在物理特性与

流束

本身

相同

的介

臀巾。

然对

于淹没

的射流

在现代的流

体力

学巾

已有了

蛟深撤

的研

究和完整

的理

渝,

但是对

非淹没的如水檐、

火龙头和人迭

雨等

的射流研究显然是不够的。

随着

水力

探矿

的登展,

苏联

和波菌的研究

水力

探煤寡家们

最近在这方面

进行了

一系列的献盼

工作,为

水力探煤

的工案生产应用提

供了

大批

有价植的依据。

苏联的歌殷融明,

随着水压头的增加,

水枪射流

在空

阴的搏造

亦不断

的变化。

根据这演

变,

水枪射流低压射流

的特

征是在喷嘴

后有

一段

未被破环其

玻璃似表面的

柱肤流束。

随着喷嘴距离

的增加射流

表面

棘变

成毛韧波状,

起伏的振

幅亦随

距离而

增大

后射流分裂成一个个的水

滴。

水压提高

后,

未被

破碎部份逐渐减饭,

压力

4~5

大气压时几乎完全消失,

变成现在水

探矿井巾

实际探用的

压射流。

2中

压的水枪射流(5

~40

大气

压)。

在现有的

生产水

探矿井中,

月矛

探用水枪导

管的内

和流

量的条件下,

束都是呈紊流肤

态的运动,

仅研究

巾压紊流状态的

水枪射流。

兑周氏

如水力

学巾

所需,

紊流运

动时

除了朝向运动

外,

有臂点的横向

运动。

横向运

动时,

臀点即

到射流

的范圃

以外,

将自己

的动能傅送拾静止介

臀的射流机

磷的

臀点,

韭且吸引它们,

使之具有

一定

的速度。

在贸点脱离射流

的地方,

圃介臀的臀点进入流束、

卜。

样,

射流臀量的增畏

以及

其边界处流

速的减低

就足

这射流与静止介

胃简由

动而生

的此种互换精

果。

阻滞的流束臀点与

所吸引

的周囤介算的

臀点一

起形成

紊流

边界居,

厚度

随着远离喷嘴的出口

而不

增畏,

边与

静止

介臀相接触(:。=

0),

在内边

与固

定流速的

(。=

鞠,

是射流

的初速度)

相接触,

边界唇具有变化的流速剖面。

见圈2。

随着远离出口

以及

边界屠

的加厚,

等速核即

收掀

直到完全消失为止。

在这

以后,

边界屠充浦整个射流

断面。

这样,

流束进一步的磨触

不仅伴

随有共直侄的

增是,

而且在轴

心处流速亦

减小。

苏联

米洛推奇(.A只·M

nHoBltH)教授权据自

己做

的气

体射流截麟,

先找到了射流基本段

的朝

心流速

变化规律,

豁为射流的

基本段轴心流

速按

双曲粽的关

辉蟾笼

睿-

砰节}

一谈之

自{`,

犷3

高压水枪射流(

于40

气压)口

高压射流

的榕造基本上与中

压的一样,

差别在

啃嘴出日

内射流就立刻与

臀(空气

)相混,

粗成

厚度的紊流边界

履。

由于这

原因,

在射流表面四遇

介臀产

生环

形旋涡,

们促使射流

更快的分散。姚

勃够

墓本段

圆2中

压射

疏精摺示意

系耀向

变化,

芷可从下面

左乏

式中求

出:

圆3高

射流示

意圆

_

常数_

lnU冻

,`

一犷监“

”(1

)

式,

l`

:

叽一一为

起始断面

(喷嘴口

处)的流速,

叭一

一为

离喷嘴出口为l

处断面上

的朝心流

速;

喃一

一喷

嘴出口

的道视;

—藏毅常数。

联技

米科学硕士加佛林

(H.flra6o

po

)H在水

枪冲土

歉墩的基础上,

韶为米洛雄奇教授所得的公

对井淹没

的水龙郁封

流也是合适的,

但熟翻常数少值

近似于卯

男1

肠。

此,

在室气

中运

动的水

枪射流,

,

墓木段帕心的流速将等于:

~

业生…

l从上述三

种水枪射流来看,

射流

的撬

造可分成

个部份:紧

密部份、

破碎部份和分散部份。

在紧

密部

份,

流保持着流束的速植性,

放有

着圆柱肤的外形;

在破碎部份,

流束的速植

性被破

坏了,

直诬也显

著的

扩大;

射流

的分散部份则由

翠独分离井的水

滴粗

成。

根据水力探煤

工艺的要求对水枪射流来淤,

需探

用它

的紧

密部份和局部的破碎部份,

也就

是需

要伸展

远射紧

密肤

态的射流。

平时水

探矿井

巾所敲

的水枪射

贸量,

即指这紧

密性和远射

性而言。

苏联犀茨涅兹煤

炭科学研究

院和水力

探煤研究

霄先后对水

楠射流作了多

次歌脆,

韭且得出如下的

关系。

p一

嘛认,1肠

(2)

全苏

水力

探煤研究院

(BH。,F蚁poy

ro:`

)在寻

从本段轴心速度和距离的关系

时,

找到了与

上面

似的

公式,

但他们韶为斌殷

常数应为:

卯=51。

山于

水枪射流

分怖在

四周较稀

薄的

臀中,

以距离

l

之指数应由原公式中

的1

减到04

次方,

即上面的

公式

应改写

成:

从”51巩凡

10·41(3)

实欲和理渝还指

出,

由射流边

界唇所有各

断面

的流

速锡都是

完全相似的,

亦即射流

扩散后的直侄

汉与

跟离喷嘴出口的

畏度l

之比是

一个常

数,

即:习匕〕

门阅

门厂门门

叮闪、、

!

叫\曰

}

厂\

\

门曰

一门「门

厂口

圈4

射流对

物体的冲

击力与

距离关

系圆

件一

常数二

(互

)

式中:

内一

一喷嘴的道

侄;

理一

一-

距啃嘴出日l

处射流

的道便。

从公式(4

)中

可看

出,

射流

的扩散与等速核的

翻当

小都是

按直裸变化的,

因为它

们是一

次方程式。

群晃

示意

围。

流体力

学中,

将等速核磨

触精束的

断面,

称为

过渡

断面。

在喷嘴出口与

过渡断面简的区段,

称为初

始段。

渡断面

后之区段,

称为

基本段。

束外面边

界的

交点,

称为射流的栖,

爽角为

扩散角。[二l

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之趾离;

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二与喷嘴之距离