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消防水泡喷嘴结构对出口流速的影响组员：陈猛、田欢、聂成强冶金试2012-01消防水炮喷嘴结构对消防水炮的出口流态有着决定性的影响。水炮喷嘴直流射流和喷雾射流之间的转换依赖于喷嘴出口的直线段长度；水炮喷嘴口圆环面积直接影响喷嘴的出口速度；而在一定的压力条件下，水炮喷嘴开度与圆柱弹簧刚度则有着密切关系。炮头喷嘴结构设计时所需要考虑的主要参数如图8所示。主要包括：喷嘴芯座直径D0、喉管直径D1、喷嘴开度D2、喉管长度L1、直线段长度L2、喷嘴芯厚度L3、收口角θ1及喷雾角θ2从图中可以分析，喷嘴出口面积直接影响消防水炮的喷射流量。消防水炮的结构参数确定时，喷嘴出口面积越大，消防水炮的流量也越大。在一定时间内，流量取决于流速。通过伯努利方程可推导出水炮喷嘴出口速度：近似为水平流动：水为不可压缩流体：整理上面各式得：式中A1为进口面积；A2为出口面积；P1为进口压力，P2为出口压力；hw为消防水炮炮身阻力损失；包括直管阻尼损失和弯管阻力损失；当A2变大时，V2将有所变大。但因直流时水流通过喷嘴出口成环形水幕状，且在其喷出过程中会与出口直线处的管壁发生碰撞，水幕撞击管壁方向改变时将损失机械能，因此当水幕厚度增加时，其损失的机械能急剧增大。因此，对于一定流量的消防水炮，总有合适的开口面积与之相对应，使得能量损失最小。喷嘴喉管结构参数主要指的是喉管的直径D1、喉管长度L1。喉管处的直径越小，在喉管处所具有的动能越大，水流到达喷嘴处速度会提高。然而喉管直径若太小，其通流能力有限，则会使得水流通过喉管时流速过高，所造成的压力损失则会变得很大。从上式可以看出，压力损失hw过高，会使得出口速度过低而影响消防水炮射程。因此，通过喉管处的压力损失hf可由下式公式计算：消防水炮的喉管直径为D1，喉管长为L1，代入上式整理得：由上式可以看出，喉管直径D1过小时，造成的压力损失会非常大，将会严重影响消防水炮射程。另外，当喉管部位压力损失过大时，既使喷嘴圆环面积变大，炮头出口速度增大也不明显。当水流经喉管部位的收敛处时，水流在收缩的流道内压力能逐步转化为动能，喉管直径D2越小，水流流速变化的越慢，压力损失和湍流程度将会越低。经过喉管扩张，水流呈不规则的流动，为稳定流体，可以增大喉管长度L1。L1越大，到达喷嘴处的流体将有更长的距离缓冲，但从消防水炮炮身结构上考虑，为使得消防水炮炮头更加紧凑，希望尺寸越小越好。因此，喉管直径D2越大，L1越小，所占用的空间将越小。设计时需综合考虑影响流速的影响因素，以确定最佳的喉管长度L1，和喉管直径D2。