流体力学在气压式喷壶中的应用与解析

　　(一)前言

　　气压式喷壶，它是由塑料、金属合金等制成的多用途的喷水仪器。它由壶身、汲水管、打气筒、手柄、开关压块、喷嘴等组成。常用于浇花、喷洒药剂等，是个常用于农、林、种植业的仪器。其价格便宜，多功能，应用广，便于携带，使用方便。中文数据库中找不到有关喷壶的工作原理的论文，只能借鉴部分与流体力学、伯努力方程、连续性方程有关的参考文件，对常见的手提式喷壶进行分析与研究。

　　(二)喷壶的工作原理

　　喷壶的工作主要是通过打气筒手动地给装有液体的壶身打气，使其内部压力增大，迫使液体进入汲水管流向喷嘴，从而向外界喷洒液体。在迫使液体进入汲水管的过程中利用了给密封的壶身(密封体系)注入气体增大其压强，使壶内、外产生压强差。从而得到喷壶工作的驱动动力。液体(流体)在壶内通过汲水管压向喷嘴的流动过程可以看作流体的定常流动可用我们所学的内容进行解释。

　　流体在喷嘴中的流动可以认为是一元的稳定流动。所谓一元的稳定流动就是与流动方向垂直的同一截面上各点的状态参数和速度都是相同的，而且不随时间变化而变化，喷水装置中的水流动都可近似地看作是一元的稳定流动。

　　1.稳定流动液体的连续性方程

　　理想液体(液体无粘性，无压缩性)作稳定流动(流体某一处的压强、流速、密度不随时间变化)时，流过各断面的流量(单位时间流过各断面的液体体积(体积守恒))不变。

　　式中：ω1 、ω2 分别为流道截面1和2处的平均流速;f 1、f 2分别为流道在1和2处的截流面积; υ为比容。按能量守恒定律，在稳定流动时，图1中截面A1A1和A2A2的质量流量应该相等，而且应等于任意截面上的质量流量，即质量守恒。

　　对不可压缩的流体(如油或水等溶液)，u是定值，可得到f 与ω成反比的关系，在设计生产中通常采用改变阀芯与阀体的相对位置移动来改变截流面积的大小。在研究液体和气体力学特征过程中，必须要运用人们熟悉的伯努利方程。该方程的恒定流表达式为：根据伯努利方程

　　式中：是单位重量液体所具有的势能，称为比势能。而是单位重量液体所具有的动能，称为比动能.所以，实际液体恒定总流能量方程，又称为总流伯努利方程。

　　式中：通过总流平面过水断面A1到A2之间液流的比动能。hω - 总流由断面A1到A2之间液流的比能损失。

　　由连续性方程、等压方程和总流伯努利方程得到：当流道截面积随着阀芯的向右移动而逐渐减小时，流速必然增大。反之，当阀芯向左移动时，流道截面积相对变大，流速随之降低，从而实现了射程远近和流量大小无级可调。