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本文将以高压水射流清洁用自旋式喷头为研究对象,分析高压水射流的基本特性及自旋转喷头的结构特点,并建立3D模型,使用流体力学仿真软件Fluent来分析喷头内部的流场,改变相应自旋转喷头的关键结构参数,得到对应其内部射流流态、压力和速度等参数的影响规律。通过对比试验,比较分析了几种不同结构的自旋转喷头在相同工况下,分水盘出水口直径和转速之间的关系,收缩角和喷嘴出口速度以及压力的关系。最后经过优化分析,制作样品和安排测试,找到了最佳的方案,减小了振动,提高了射流打击力和工作效率,并通过寿命测试验证了设计的可靠性。论文的主要研究内容如下:(1)分析了喷头的结构特点和基本设计要求,以流体力学为基础,推导出射流旋转速度和喷射压力的计算公式,得到影响它们的主要设计参数,为喷头的结构优化提供理论依据。(2)通过对不同尺寸设计的分水盘和旋转喷嘴的流速和压力分析,得到了不同设计参数对转速和压力的影响趋势,并提出了分水盘和旋转喷嘴设计的优化方案,同时对优化后的分水盘和旋转喷嘴进行了速度矢量和压力分布分析,为后续设计提供了理论依据。(3)利用Fluent软件对分水盘和旋转喷嘴进行了流速和压力分析,得到了各种结构对应的转速和压力,和实测数据的变化趋势基本吻合,验证了Fluent分析结果的可靠性。(4)通过对喷头的实际测量和耐久测试,得到了在实际运行过程中数据的分布趋势,并将有限元分析结果和实验结果对比,有比较好的一致性,再次验证了Fluent分析方法在分析流速和压力分布上的可行性和准确性,最后通过45台常温水耐久测试,验证了优化后的喷头满足使用寿命提高20%,水射流打击力提高的设计要求。