全射流喷头射流元件水力特性研究

20世纪70-90年代，通过几个单位的系统研究，得出了几种不同的全射流喷头。它们的工作原理是基本相同的：都有一个射流元件，利用射流两侧的压差产生“附壁效应”，使射流改变方向，产生正转和反转。

       这几种全射流喷头的优点主要表现为：1结构简单，采用水射流元件代替摇臂式喷头由撞击驱动机构，简化了弹簧、此轮等结构。2雾化性能好，由于射流元件内水射流的附壁--直射切换以及射流元件内的掺气作用，使水流在喷出后形成比较均匀的喷灌液滴，提高了水射流雾化性能。3多功能性，从微喷头到中小型喷头到除尘用大喷头，均可采用该类型射流元件，用途广泛。
       本文的主要研究对象为隙控式全射流喷头射流元件。根据喷头的工作过程，将其工作状态分为以下三部分：

       1，直射状态：水射流元件左侧的反向接嘴2敞开，由此向左腔补气，元件右侧出口处与水流主射流之间的间隙也补入空气，左右腔略有压力差，但压力差不足以推动主射流产生附壁，因此主射流程直射状态。同时，信号嘴1在主射流的左侧边缘上取得信号水，由于右腔压力比左腔略高，信号水在输管中向信号嘴3方向流动。

       2，步进状态：信号水通过信号嘴3进入元件右腔，间隙C越来越小，最终被堵死，左右腔的压力差变大，最终将主射流推向右侧，产生附壁，水流附壁冲击力使整个元件向右转动。在附壁状态下，由于主射流的弯曲，信号嘴1与主射流开脱，不再取到信号水，但可取到空气。空气由信号嘴1 通过传输管流向信号嘴3，给右腔补气，最终在右腔的压力差消失，恢复直射状态，喷头向右的运动停止。间隙C又重新生成，并向右腔补气，如此往复循环，完成喷头直射、步进动作。

       3，反向状态：通过反向开发关拔杆关闭反向接嘴，左腔中不再有空气补入，形成低压区，而右腔中仍有空气从间隙C补入，左右腔形成压力差，主射流向左侧弯曲而附壁。信号嘴1与主射流脱开，取不到信号水，左右腔压力差持续存在，喷头向左连续反向转动，直到反向开关拔杆转向，反向接嘴打开，空气补入左腔，两腔压力差相平衡，反向运转终止，恢复直射。

       由以上工作原理可看出，由于巧妙地利用了出口间隙C的打开与闭合，造成左右腔压差的形成与消失，从而实现三个工作状态间的相互切换。因此，射流元件的切换过程程即是射流左右两侧压差的变化过程。
       1，射流元件内部流动情况复杂，流动对尺寸设计较敏感，产品在加工中的误差对喷头能否正常工作影响很大。若要减小误差，则要提高加工精度，同时产品成本也随之高。因此，有必要深入了解射流元件内不流动状态，从而改进附壁切换的控制结构及尺寸，使之更容易生产加工。

       2，全射流喷头的控制是采取信号水的方式封堵射流元件的某一侧，改变压差形成射流附壁。射流的动态切换使喷头得以正常运转，切换过程直接影响工作的稳定性。目前的研究多限于稳定附壁状态下射流元件内部流场的模拟和分析，缺乏对动态切换过程中射流元件内部流畅的压力、速度分布及其变化情况的了解。因此，需要对射流元件内部附壁射流动态切换过程进行研究。

       3，全射流喷头运转的驱动力全部由水流附壁时产生的壁面冲击提供，附壁力和转体摩擦力的合力影响喷头转动，射流附壁时间直接决定冲击力对壁面的作用时间从而影响喷头工作时的步进转角。因此，需要从射流元件内壁流畅压力变化特性出发找出影响全射流喷头步进频率的各种因素。

       从上述存在的问题可看出，全射流喷头射流元件的附壁效应水力特性及喷头步率是提高全射流喷头稳定性、实现产品结构优化的关键。对射流元件内部附壁流畅及喷头步进频率进行研究，具有理论价值及实际意义。