切割氧孔道中流线形孔道的6大设计要点

扩散形割嘴的实际切割氧孔道如图2-65所示,通常由稳定段、收缩段、喉部、扩散段和平直段组成。

1.流线形孔道的设计  这种孔道对各组成部分都需要进行计算。

(1)稳定段  其作用是将由割炬导入割嘴的气流均匀化，使流速平稳.

稳定段的直径d₀取决于喉径d_c一般宜取d₀≥根号5d_c。如受割嘴结构和制造方式的限制,其値不可小于根号3d_c

稳定段的长度l₀，通常取10d₀或更长。

(2)收缩段  其作用是使气流加速。一般收缩段的截面缩小不宜过于急剧, 尤其是靠近喉部处。

收缩段的长度l₁通常取等于或稍大于d₀即可。理想的收缩段管壁线型可按下式设计

图2-66示出按式(2-24)计算所得的收缩段线型,其特点是进入喉部的气流相当均匀。

(3)喉部  是气流从亚音速过渡到超音速的过渡截面。为使整个截面上的气流都准确地达到音速,除靠近喉部处的收缩段的截面变化不能太快外,要用半径较大的圆弧作为喉部及其过渡。

喉部截面直径d_c通常可按现用直简形割嘴的切割氧孔径的规格(如G02型的ф0.8、1.0、1.2mm....)来选定。

当需要按切割厚度确定喉径时,需先求出所需的切割耗氧量,确定设计的切割氧压力,然后按下式求出d_c：

(4)出口直径  根据设计切割氧压力p₀和喉径d_c由式(2-21)求出。当外界压力为大气压时,可査表2-49得出出口直径d₁的值。

当计及附面层的影响时,出口直径还需作修正。通常设喉部处附面层厚度等于零,沿扩散段按直线增加，至出口处达到最大值。故设计出口直径d₁应等于

(5)扩散段  其作用是把已在喉部达到音速的气流在这一区域内进行膨胀和进一步加速,使之在出口处达到设定的气流速度。

扩散段的管壁线形 (所说的流线形主要就这一段的线型)系在设定设计切割氧圧力(即进口压力)、出口流速马赫数及喉径和出口直径之后,按三元轴对称喷管设计法进行计算。现在,计算这种流线形型值有几种方法,都是解析法,过程相当繁复(常需借助电算机),故这里从略。有关各种喉径及不同设计压力和出口M数扩散形割嘴的扩散线型值资料可参阅文献[12]和[34]。

(6)平直段  其作用是使在扩散段内形成的平行超音速气流在喷出之前有一个稳定过程, 使之均匀性更好。也有人认为这种流线形孔道中气流已均匀了,不需再加平直段。

设平直段的话,其长度可取等于出口直径d₁值。