Untergetauchter Wasserstrahl

Ich versuche zu berechnen, mit welchem ​​Druck und welcher Geschwindigkeit Wasser aus einem Hochdruckwasserstrahl auf ein Objekt trifft, das 100 Millimeter von der Düsenöffnung entfernt ist, aber ich kann es nicht herausfinden.

Die Düse wird etwa 100 Meter unter dem Meeresspiegel in Salzwasser eingesetzt. Es ist eine kreisförmige Düse mit einem Durchmesser = 2 Millimeter. Das Wasser aus dem Wasserstrahl hat 400 bar und einen Durchfluss von etwa 60 Litern pro Minute.

Weiß jemand, welche Formel zu verwenden ist?

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Die für die Düsengeschwindigkeit zu verwendende Formel lautet:

V = (gpm * 0,321) / A wobei: gpm = Gallonen pro Minute V = Geschwindigkeit in ft/sec A = Düsenfläche in Quadratzoll.

Eine 2-mm-Düse = 0,0787 Zoll. Bereich A = 0,785 (0,0787 ^ 2) = 0,00486 in ^ 2

Durchfluss von 60 L/M = 15,7 gpm.

Düsengeschwindigkeit V = (gpm * 0,321) / A

            V = (15.7 * .321) / 0.00486 = 1036 ft/sec.

Aufprallkraft F = (Pn - Po) * A wobei: Po = Druck in einer Meerestiefe von 100 Metern oder 330 Fuß oder 147 psi-Einheiten. Pn = Düsendruck von 400 bar in Psi = 5880.

                                   F = pounds force

Ozeanwasserdruck Df in 330 Fuß Tiefe ist: Po = (Df * SG) / 2,31

               Where: SG = Ocean water specific gravity = 1.03
                       H = one psi for each 2.31 feet of head.

    Thus: Po = (330 * 1.03/ 2.31 = 147 psi.

    F = (Pn - Po) * A:  F = (5880 - 147) * 0.00486 = 5733 pounds.

Denken Sie daran, dass F ein Aufprall auf nur 0,00486 im ^2-Bereich ist.

Da der Düsentyp nicht bekannt ist, habe ich Düseneffekt = 100 Prozent angenommen. In Wirklichkeit ist die Düse eff. Wird irgendwo zwischen 60 und 90 Prozent liegen.

Erfahrungsgemäß bleibt der Wasserstrahl in einem Abstand von nur 100 mm in Unterwasserumgebung dicht. Außerdem wird angenommen, dass die Geschwindigkeitsverschlechterung durch Wasser vernachlässigbar ist.

Selbst bei einem konstanten Durchfluss von 60 Litern pro Minute müssen Sie mindestens die Düseneintrittsfläche (eine andere als die 2 mm) oder die Düseneintrittsgeschwindigkeit bereitstellen. Andernfalls bleibt Ihnen eine Unbekannte in der Bernoulli-Gleichung. Wenn es sich um eine Düse mit konstanter Fläche handelt, sind die Einlass- und die Auslassgeschwindigkeit aufgrund der Kontinuitätsgleichung gleich (unter der Annahme einer inkompressiblen Strömung). Dies würde jedoch bedeuten, dass die Änderung des kinetischen Energieterms 0 ist, während sich der Druck ändert, wenn Sie unterschiedliche Drücke für Einlass und Auslass annehmen (die potenziellen Energien heben sich auf, wenn die Höhen gleich sind). Dies führt zu einem Widerspruch, da die Bernoulli-Gleichung vorschreiben würde, dass die Druckänderung gleich 0 ist, um die Gleichheit aufrechtzuerhalten. Was den statischen Auslassdruck betrifft, sollte er in dieser Tiefe nahe am Meeresdruck liegen.

Dies führt zu einem Widerspruch, da die Bernoulli-Gleichung vorschreiben würde, dass die Druckänderung gleich 0 ist ... Warum ein Widerspruch? Wenn der Druck von der Quelle (dh der Pumpe, die Wasser zur Düse treibt) den Umgebungswasserdruck übersteigt, dann fließt Wasser aus der Düse. Wenn dies nicht der Fall ist, bewegt sich entweder nichts (gleicher Druck) oder es gibt einen Rückfluss (es sei denn, es gibt keinen freien Platz in der Apparatur).
Mir ging es nur um die Düse. Sicher, wenn der Pumpendruck größer als der Umgebungsdruck ist, fließt die Flüssigkeit. Aber aufgrund der konstanten Düsenfläche gibt es keine Druck- oder Geschwindigkeitsänderung darüber.
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