1、喷嘴的几何参数对射流特性有重要的影响，影响锥柱型喷嘴的射流特性的参数有出口孔径、收缩角和长径比。射流抛光喷嘴的几何参数的设计要从紊动强度、速度分布、磨粒浓度分布和活动阻力(影响喷嘴或螺旋喷嘴的磨损程度)等因数综合考虑。研究表明，采用圆锥带圆柱出口型喷嘴，收缩角取13度，长径比取4，能获较好效果。
2、喷嘴的结构和造型决定了冲击射流的动力特性和壁面活动特性，锥柱型喷嘴出口断面速度分布比较平均，出口紊动强度较低，磨粒浓度分布平均，具有较佳的射流特性，适适用来进行射流抛光。
3、应根据对射流特性的要求来进行射流抛光喷嘴的设计，射流抛光技术是一种高精度的光学表面加工技术，射流特性会对去除函数性状和抛光精度产生重要的影响。因此，为了获得更有利于射流抛光的射流特性，对射流抛光喷嘴的研究具有重要的意义。通过对不同结构和几何参数的喷嘴进行数值模拟，总结和分析出了以下结论。
4、收缩段后定要有一段直线的过渡段，射流由收缩段进入喷嘴后，会以高度紊流状态的形式射出，水平的直线段可以使射流相对不乱下来，以相对小的紊流形式射出。为研究锥柱型喷嘴长径比大小对射流特性的影响，分别对长径比为1、2、3、4和5的模型进行了数值模拟。是不同长径比喷嘴的出口断面速度分布与紊动强度分布，结果显示，喷嘴长径比大小会影响射流出口速度分布和紊流度。长径比越大，出口速度分布越不平均。紊流强度不是跟着长径比的增大而线性变化，当长径比小于3时，紊流强度跟着长径比的增大而增大，当长径比大于3时，紊流强度跟着长径比的增大而减小。因此，喷嘴长径比的选择应综合考虑，长径比为4时具有较好的射流特性。
5、长径比的优化设计，其中为颗粒对喷嘴壁面冲击角的函数，成正比关系。可见， 比值越大喷嘴的磨损的越快。为研究锥柱型喷嘴收缩角大小对射流特性的影响，本文分别对收缩角为10度、13度、15度、18度和30度的模型进行了数值模拟。下图是不同收缩角喷嘴的出口断面速度分布与紊动强度分布，从图可以看出，喷嘴出口断面速度分布和紊动强度与收缩角度有关，在收缩角度15度时，出口断面速度分布最平均，同时紊动强度表现为最大。在收缩角0-30度范围内，收缩角大于15度时，喷嘴出口速度分布越不平均，紊动强度越小。也就是说，收缩角l5度是速度分布平均程度和紊动强度大小的极值点。所以，从收缩角对射流特性影响和材料磨损两方面因素考虑，喷嘴的收缩角不宜采用过大值。收缩角13度时，射流出口速度分布比较平均，紊动强度比收缩角l5度时的低良多，这个收缩角度的喷嘴应用于射流抛光最为合适。这个模拟结果和前苏联学者G P Nikonov的实验结果相符合。喷嘴的收缩角也是决定着喷嘴活动阻力的主要因素，而活动阻力则会影响喷嘴材料的磨损速率。磨粒对喷嘴材料的磨蚀速率有相关公式。
6收缩角的优化设计
效率与堵塞因素，喷嘴出口孔径也不能过小，前人采用的喷嘴口径一般在0．8～1 mm左右 。本文采用0．8 mm的喷嘴出口孔径。区域材料的去除很少。从雷诺数和冲击区范围大小方面考虑，要求喷嘴出口孔径越小越好，但考虑到抛光成正比，出口孔径越小，雷诺数越低。冲击射流冲击区的范围直径大小一般为出口孔径的2~4倍，在这个出IZl孔径对射流特性主要有两方面的影响，一是影响射流的雷诺数，二是影响冲击射流的冲击区范围大小。依据雷诺数的大小可以判定射流的活动特征，当Re<2 000时，可判定为层流射流。雷诺数表达式为Re=vdpl~ (1)其中，为液体流速，d为喷嘴出口口径，P为液体密度， 为液体动力粘性系数。可知出口孔径与雷诺数。
7、出口径的优化设计，这些几何参数对喷嘴的射流特性和磨损程度都会产生一定的影响。锥柱型喷嘴的几何参数主要有喷嘴的收缩角 、出口直径D和过渡段圆柱段长度和直径的比值L／D。
8、喷嘴几何参数设计，型喷嘴进行射流抛光最为合适，而且，出口磨粒浓度和壁面浓度分布也表现最为平均，所以，根据射流抛光对射流特性的要求，采用锥柱通过模拟分析可知，锥柱型喷嘴出口速度分布比较平均，出口紊动强度与壁面紊动强度分布都比较小，图是不同喷嘴的出口断面速度分布和冲击射流的壁面速度分布，图是不同喷嘴的出口断面紊动强度分布和冲击射流的壁面紊动强度分布，图6、7是不同喷嘴的出口磨粒浓度分布和冲击射流的壁面磨粒浓度分布。从图比较可发现，在相同进口和出口前提下，在速度分布方面，圆柱型喷嘴出口速度分布很不平均，轴线速度与边界速度相差很大，锥柱扩散型喷嘴出口速度分布最平均，而对于壁面速度分布，所有喷嘴的分布都差未几；在紊动强度方面，锥柱扩散型喷嘴的出口紊动强度和壁面紊动强度都最大，锥柱型喷嘴的紊动强度介于圆柱型喷嘴和锥型喷嘴之间，在磨粒浓度分布方面，锥柱型喷嘴的出口磨粒浓度和壁面浓度分布都比较平均。
9、目前，喷嘴的结构种类良多，按外形区分有针形喷嘴、扇形喷嘴，异形喷嘴。针形喷嘴结构是轴对称的，出射的射流也具有对称性，射流抛光喷嘴一般采用针形喷嘴，以获得对称性的材料去除分布。针形喷嘴按结构的不同可分为圆柱型喷嘴、锥型喷嘴、锥柱型喷嘴和锥柱扩散型喷嘴等。本文利用计算流体动力学分析软件对针形喷嘴在不同结构下对射流特性的影响进行模拟。根据射流的特点，假设抛光液为理想流体，不可压；射流过程为非定常活动，不考虑能量方程，控制方程的离散采用有限体积法，流场计算方法采用基于非结构网格的SIMPLEC算法，采用多相流的VOF模型，进口边界前提为压力进口，出口边界前提为压力出口。不同结构喷嘴的所有初始设定参数都相同，下面是各种喷嘴的模拟结果。
10、喷嘴不易磨损，使用寿命长，易拆卸，本钱低。喷嘴出射的射流在壁面上的压力分布和速度分布曲线特性要好，喷嘴出射的射流的紊动强度要低，尤其在壁面射流过程中，磨粒与工件表面直接作用，磨粒的紊动强度越低，磨粒的运动越规则，对材料的去除则表现更加平均性。磨粒在整个冲击射流中的分布要平均，从而要求从喷嘴喷出的水束受卷吸作用小，并保持射流的不乱，射流出射断面流速要分布平均，抛光液能从喷嘴平均射出，以利于磨粒的平均分布的射流抛光喷嘴应符合以下要求行射流抛光，是个需要解决的题目。
根据射流抛光对射流特性的要求，为能更有效地进行射流抛光，理想喷嘴的结构和造型决定了射流的活动特性和动力特性，会影响抛光效果，采用什么样的喷嘴结构来进喷嘴结构设计磨粒浓度在抛光液中的分布要平均。剪切力分布尽可能接近于高斯型曲线分布；冲击射流的紊动强度要低，在壁面射流过程最好能是层流射流；因此，为了进步抛光精度和抛光过程中的可控性，对冲击射流特性的要求有：冲击射流的压力分布和冲击射流中的磨粒浓度分布会影响材料的去除，浓度大的地方材料去除多，因为在作用范围内材料去除的不平均性而影响抛光材料的表面粗拙度。
冲击射流的紊动强度会影响磨粒的运动，紊动强度越大，磨粒的运动越不规则，从而影响抛光材料的表面粗拙度；冲击射流的压力分布和速度(剪切力)分布影响材料的去除函数曲线，比较可知，速度的分布曲线与去除函数曲线相对应，而理想的去除函数应该是高斯型曲线。抛光液从喷嘴喷出，入射到工件壁面上后产生冲击射流。射流冲击工件壁面后向下游两侧转折，整个射流可分为三个活动区域，即自由射流区、冲击区和壁面射流区。射流抛光过程是抛光液冲击在工件壁面上发生作用的过程，由冲击射流的冲击作用及剪切力来实现材料的去除。
冲击射流特性会影响抛光效果，主要体现在射流抛光对射流特性的要求的不同结构和几何参数对射流特性的影响进行了仿真，得出射流抛光喷嘴的设计方案。流抛光效果的影响，提出了射流抛光喷嘴的设计原则，研究了不同几何造型喷嘴的射流特性，对射流喷嘴的要乞降喷嘴的结构及几何参数对射流特性的影响的研究，还未见到相关报道。本文研究了射流特性对射。 |
