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Bobby Brown
更新 2025-02-07
喷嘴压力、孔径与流量计算

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喷嘴压力、孔径、流量彼此影响

喷嘴的流量与出水口的孔径和压力有着密切的关系,压力增加或孔径增加,流量都会增加,但不是线性增加,其实,在相同压力下,喷嘴的流量与出水口的孔径有平方正比关系;而在相同孔径下,流量则与压力的平方根成正比。
LORRIC 同一型号(款式)的喷嘴,提供多种流量选择,是由于我们针对同一颗喷嘴设计不同孔径大小与适配压力范围,也就是说客户选购时,根据流量代码与压力,即可找到符合需求的喷嘴规格。本文将引导读者认识流量与压力和孔径的关系。

一、喷嘴压力和流量的关系

压力变大时,流量会以平方根增加。这是怎么来的呢?喷嘴流量是依照以下公式得到的:
流量 = 截面积 x 压力差除以密度的平方
[1]
所以说,压力变大时,流量会如何变化?
从上述公式可以看出:
压力增加,流量也会增加,但不是线性增加,而是平方根的关系。
如果压力从 2 bar 提高到 8 bar(4 倍),流量只会变为原来的√4=2倍。
也就是说:流量 Q 与压力差 ΔP 的平方根成正比。
因此我们可以说流量Q与压力P的关系为:Example image
如此一来,我们可以简单地运用流量与压力差的关系,计算数值,像是当需要改变喷嘴的操作条件(如流量)时,可以用这个公式计算所需的压力变化,或反过来确定不同压力下的流量。
我有一颗喷嘴,想知道它在不同压力下的流量,怎么计算呢?
假设某喷嘴在压力为3bar下,流量是3.91m³/s,那么在100bar压力下,流量是多少m³/s?
我们要求的是100bar压力下的流量(假设为Q2),已知流量与压力平方根成正比,我们将数值带入公式中: Example image
可以算出,在 100 bar 压力下,该喷嘴的流量约为 22.56m³/s。
[2]

二、喷嘴孔径对流量的影响

借由截面积与孔径关系,从而得到流量与孔径关系
[3]
可以看出,在相同压力下,流量 Q 与孔径平方 D2成正比
基于流量与孔径平方成正比的假设,我们可以用以下公式计算流量:

试算范例:
在压力相同情况下,但具有不同孔径尺寸的喷嘴,怎么计算流量?
已知在喷孔直径为2mm时,喷嘴流量是10L/min,试问将孔径增加为4mm,流量是多少?

将已知值代入:
则可以算出,在孔径为4mm,该喷嘴的流量约为 40L/min

三、错误迷思:用孔径选喷嘴

孔径不等于喷洒效果,如本文前两段落所示,一颗喷嘴的喷洒表现受到孔径、压力与流量多种因素影响。
非专业喷嘴销售平台多以孔径尺寸为唯一规格,但实际上,喷嘴的流量与喷洒角度并非仅靠孔径即可决定。例如扇形喷嘴的橄榄状孔口无法直观定义孔径大小。同样1mm孔径的喷嘴,流量、角度、冲击力分布可能完全不同。
专业厂商设计喷嘴时,首先考量的是“客户要什么样表现?”,我们的喷嘴以喷洒角度与流量对应压力的对照表,先让客户进行初步规格选型,若客户实际使用,发现喷出的效果不符需求时,我们首先考量的不是增减孔径,而是会了解分布的情况如何?现场遇到的问题为何?改变型号是否会改善效果?借由多方考量去达成客户期望的喷洒效果。

参考资料

  1. ^ Back to the basics for calculating - GlobalSpec fluid flow through an orifice plate
  2. ^ Nozzles: Selection and Sizing - Virginia Tech
  3. ^ Area of a Circle: Formula, Derivation, Examples - geeksforgeeks
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