水刀水射流速度計算方法，海德水刀小講堂

超高壓數控水射流加工設備又稱“水刀”。水刀加壓缸可將水壓從1個大氣壓提高到300兆帕以上。通過寶石噴嘴高速噴射的水射流可以輕松切割橡膠、皮革、塑料等。在水射流中加入沙子后，可以切割石頭、玻璃、陶瓷、鋼板等。由數控系統驅動，可切割任何形狀的板材，如馬賽克圖案。

超高壓下，高速從噴水嘴噴出的水射流每秒能達到多少米？本文利用伯努利方程介紹水刀水射流速度的計算方法，從而了解水刀噴嘴水射流速度與增壓缸輸出壓力變化的關系。

2水刀設備的參數

寶石噴嘴內徑：0.3mm

增壓缸輸出水壓：高達350兆帕。

高壓水管內徑：3mm.

3.建立數據模型，簡化計算方法

參考工程流體力學的相關數據，當水溫恒定(0)、壓力為1MPa時，每增加0.1MPa，水的體積變化僅為5.27   10-5；當壓力為8兆帕時，每增加0.1兆帕，水的體積變化僅為5.05   10-5；隨著壓力的增加，水的體積壓縮系數仍在減小。當水壓從1MPa增加到200MPa時，水的體積變化減小約0.1%。可以看出，水的可壓縮性很小，因此在本文計算水射流速度的過程中，不考慮水壓縮的變化，將水視為不可壓縮的理想流體。

水刀設備工作時，自來水由加壓缸加壓，然后從高壓管輸送到寶石噴嘴，由寶石噴嘴噴出形成水射流。

高壓水流路徑示意圖如圖1所示。高壓水通過高壓水管從寶石噴嘴出口的1 -1段流向2-2段，其中高壓水管的1-1段安裝有水壓計，用于監測工作水壓。正常運行時，高壓水管的密封性能良好，可以認為管內理想的流體流動狀態相對穩定。

根據穩定流動條件下沿流線單位重量不可壓縮理想流體的伯努利方程，高壓水管流線中1-1和2-2個有效截面的能量方程可寫成(按絕對壓力計算):

其中z1和z2代表水流體單位重量所在位置的勢能，水刀設備中設置的1-1和2-2個有效截面的中心點高度相近，可以考慮z1=z2。

P1/代表1-1有效截面中心點(即壓力表處)每單位重量水流體的壓力能，P1值為壓力表讀數。P2/代表2-2有效截面中心點(即寶石噴嘴出口)單位重量水流體的壓力能。寶石噴嘴出口處，水射流壓力接近大氣壓，p2約為0.1MPa，在超高壓水刀中，由于工作壓力可達300MPa以上，P1的比p2大得多，所以p2/可以忽略不計，為水的重力。