几种异形喷嘴喷射的液气射流泵性能试验研究

液气射流泵常作为一种射流混合设备而广泛应用,为适应不同喷射需要以形成不同的两相混合特性,本文研究了几种异形喷嘴情况下液气射流泵的水力性能,并与当量面积圆形喷嘴喷射情况对比。固定喉管长度及内径不变,更换3种当量面积比的喷嘴进行性能试验,结果表明:对于吸入室形成一定的真空度,圆形喷嘴形式喷射与异形喷嘴喷射比较,需要的工作压力较低。异形喷嘴在较大面积比时,形成的液气射流泵最大气液比大于圆形喷嘴,从射流发散碎裂分析,异形喷嘴能减小喉管长度,本文结论为液气射流泵内气液混合的应用提供了新的射流方法。     

宽范围面积比下液气射流泵性能试验

结合液气射流泵的工作特点,介绍了其不同的应用场合时对泵具有不同的性能要求。以喉管/喷嘴面积比m为主要研究参数,在喉管长度固定情况下,对15种面积比(1.1025～110.25)单级液气射流泵工作性能进行了试验研究,结果显示面积比大小具有一定范围使泵正常工作,小面积比的液气射流泵可以得到较大的压力比,大面积比情况下可以得到较大的液气比。对于本文试验中给定的供水离心泵扬程大小和液气射流泵模型,以液气射流泵效率最高为衡量,存在最优面积比使泵效率最高,且该值与Cunningham经验公式变换后的计算值一致,同时试验得到小面积比情况下(m<4.41)合适的工作水压力值。试验结果为液气射流泵的工业应用提供依据。     

液气射流泵喉嘴距数值模拟及其最优范围确定

基于Fluent软件在不同流量比及不同喉嘴距下对液气射流泵进行了三维数值模拟,获得了液气射流泵的压力比和效率的仿真结果,并对不同工况下液气射流泵的性能曲线和效率曲线进行分析比较。结果表明:当喉嘴距不变时,随着流量比的增加,压力比逐渐减小;当流量比不变时,随着喉嘴距的增加,液气射流泵的效率先增加然后迅速减小,当喉嘴距为1.5倍喷嘴直径时,液气射流泵的效率最高;以效率最高点下降5%为标准,确定了液气射流泵最优喉嘴距范围为1.0～1.7倍喷嘴直径。     

带气环旋喷射流流场特征及喷嘴结构正交优化研究

为提高二/三重管法旋喷射流切割土体效率,采用Mixture多相流模型和RNG κ-ε湍流模型,开展了淹没环境下带气环旋喷射流流动模拟研究,获得了射流速度、气液两相体积分布、靶体作用压力等流场特征,并基于L₁₆(4⁵)正交试验设计及误差分析方法,获得了旋喷射流喷嘴关键结构参数对射流速度及其作用靶体压力的影响敏感程度与影响规律。结果表明：带气环旋喷射流能量衰减慢且集中在轴心区域,射流等速核心段长,冲击破坏土体性能好;喷嘴结构参数对射流冲击性能的影响敏感次序为：射流喷嘴出口直径>收敛角>气体喷嘴直径>气液喷嘴间距>射流喷嘴长径比;射流轴心速度及其作用靶体压力随出口直径和气体喷嘴直径的增大呈先快速增加后缓慢增加趋势,随收敛角、长径比、气液喷嘴间距的增大呈先增加后降低趋势。基于此,考虑旋喷射流设备性能,给出了最优结构参数为：射流喷嘴出口直径2.0 mm,收敛角12°或18°,长径比1,气体喷嘴直径0.9 mm,气液喷嘴间距5 mm。     

脉冲射流曝气器最优振荡腔的试验研究

污水处理过程中,曝气性能好坏是影响污水处理效果的关键因素之一.通过自行设计加工的自激振荡脉冲射流曝气器,试验研究了振荡腔结构参数对脉冲射流曝气性能指标的影响关系.结果表明:充氧量随曝气时间的增加,先逐步增大而后趋于稳定,不同长径比振荡腔曝气器达稳定所需时间不一,存在最优值;工作参数对氧转移系数有重要影响;振荡腔长径比接近3.6的充氧量变化曲线相似;振荡腔长径比3.6时,具有最优充氧量、氧转移系数和能耗效率.     

基于CFD的射流曝气器关键结构参数研究

运用CFD方法对单级单喷嘴自吸式曝气器进行数值模拟,通过改变影响射流曝气器充氧能力的结构参数,获得了射流曝气器内部流场的流态情况,反映了不同结构参数对其充氧能力的影响,并获得了具有较好充氧能力射流曝气器关键结构参数。     

射流管伺服比例阀前置级流量的影响因素研究

射流管喷嘴与接收器之间的流场存在淹没射流等复杂的流动情况,导致流场特性不易预测。在喷嘴形状为矩形的情况下,通过对矩形接收孔和圆形接收孔的射流管伺服比例阀前置放大器进行流场数值仿真,得到了喷嘴位移、接收孔与喷嘴的重合面积、射流管入口压力以及负载对先导级流量的影响。通过比较,发现先导级流量与射流管入口与出口的压差的开方成正比关系,喷嘴位移、接收孔与喷嘴的重合面积以及负载大小对先导级流量的影响较小。建立了射流管流场的等效液压桥路,推导出了先导级流量的方程,并通过泰勒展开式分析了影响先导级流量的因素。提出了流量接收率的概念,并分析了流量接收率对先导级流量的影响。     

液气射流泵扩散管内气泡尺寸的试验研究

在工作水压力小于500kPa的低压水射流情况下,通过取样法和摄像法试验研究了下喷式液气射流泵扩散管内部气泡直径范围,获得内部气液两相流动情况及气泡分布特性。在一定的孔口雷诺数下,不同气液比下扩散管中气泡直径范围约80%集中在0.6～1.3mm。测量不同孔口雷诺数下的气泡直径,在孔口雷诺数较小的情况下气泡直径变化明显,最大直径可以达到3mm左右。由试验结果可以看出,气液比的变化相对于工作压力的改变对气泡尺寸影响比较明显。液气射流泵作为气液接触、射流混合及反应的设备,用于气体的吸收和分离操作。其含气率和气泡分布以及相接触面积是内部射流混合的重要参数。研究结论和结果有利于进一步提高气液两相混合效果。     

超大面积比射流泵性能的数值模拟与流动分析

对超大面积比射流泵进行了三维数值模拟研究。采用Realizable k-epsilon湍流模型和标准壁面函数法,对面积比分别为57.4和60.05的单喷嘴射流泵进行了数值模拟和结构优化。基于数值模拟结果,对泵内压力和速度分布进行了分析。试验研究表明:对于超大面积比射流泵,随着流量比的增加,被吸流体阻力增加较快,导致压力比下降趋势不同于常规面积比射流泵的线性下降,从而呈现抛物线形式;随着面积比的增加,最高效率点右移,所需最优喉管长度也增大;对于超大面积比射流泵,工作流体进入喉管后仍有足够的空间进行径向扩展,其内部流场更近似于无限空间伴随射流。     

清洗用扇形喷嘴结构参数对其内部射流的影响

采用标准k-ε湍流模型,利用计算流体软件对扇形喷嘴的内部流场进行了数值模拟;研究了当扇形喷嘴出口投影面积一定时,入口结构、出口几何参数对喷嘴内部流场和出口射流速度的影响.研究表明:锥形入口结构最有利于射流在喷嘴内的加速,可使射流在喷嘴中始终处于加速运动状态.出口段的直径影响出口段内射流的速度,出口射流速度随出口圆柱段直径的增加而增加,但存在影响其变化趋势的一个阙值直径.出口盲端的长径比和V形切槽的夹角对喷嘴内射流流态无明显影响,对出口射流速度也无明显影响.     

径向水平井自进式旋转射流钻头流场特性分析

为解决径向水平井钻进过程中破岩效率和自进能力的问题,设计了一种自进式旋转射流钻头。运用数值模拟方法,采用RNG k-ε湍流模型对所设计射流钻头的内外流场进行了三维流动特性分析,并分析了射流钻头结构参数对喷嘴流场特性的影响规律,进一步优化了自进式旋转射流钻头。结果表明,自进式旋转射流喷嘴外流场的轴心速度在喷嘴中心线上的速度最大,随着径向半径的增大,轴向速度迅速减小;切向速度沿喷嘴径向呈现出经典的"N"形分布,有利于增大射流破碎岩石的深度和破碎面积;径向速度呈轴对称分布,存在明显的漫流层,有助于岩屑的脱离;自进式旋转射流钻头导向叶轮的螺距和导叶数量,对射流速度有着重要的影响;喷嘴直径对射流流场特性的影响较大。经过优化,得到射流钻头的叶轮螺距16mm,导叶数为2,喷嘴直径为1mm。     

基本式和差动式旋转执行器研究 

基于磁控形状记忆合金（MSMA）直线执行器的研究,提出了基本式和差动式两种类型的MSMA旋转执行器。分别介绍了两种执行器的工作原理、结构和控制策略,推导了执行器的位移和转速公式,绘制出了MSMA元件的相对磁导率与磁通密度的关系曲线。在磁场有限元分析的基础上设计并研制了旋转执行器样机,比较了不同结构和不同控制策略下样机的实验速度曲线。样机的实验结果验证了MSMA旋转执行器工作机理的正确性和设计方法的可行性。     

射流曝气器最优喉嘴距的试验研究

实施强制氧化是石灰石/石膏湿法脱硫系统中有效防止其结垢和堵塞的关键。为研究重庆某环保公司的脱硫系统的需氧量,本文采用射流曝气的方法,通过自行设计加工喉嘴距可调的射流曝气器,试验研究了喉嘴距及射流曝气器出口围压对其吸气量大小的影响规律。结果表明:随着围压的增加,进气口风速依次递减,同时最优喉嘴距也随之改变,并得出了射流曝气器在不同出口围压条件下最优喉嘴距的范围为1.5~1.8倍喷嘴直径,且在此条件下,其吸气量完全满足浆液要求。     

双腔室自振脉冲喷嘴空化射流数值模拟

以风琴管喷嘴为基础,串联一个谐振腔形成双腔室自激振荡脉冲喷嘴,利用Fluent对其流场进行数值模拟,分析射流靶距、二级谐振腔腔长比、腔径比的变化对空化射流流场的影响。结果表明：谐振腔尺寸过大或过小均会影响涡环结构的形成,进而影响空化效果。当谐振腔腔长比为0.77、腔径比为2.6时,谐振腔内涡环结构对称性好,轴向含气率高,射流速度较高,该结构利于清洗效率的提高。靶面滞止压力可对空化效果产生影响。当射流靶距较小时,在滞止压力的作用下二级谐振腔无涡环结构产生,轴向含气率较低。当靶距增加到18 mm时滞止压力产生的影响减小,轴向含气率明显提高,因此清洗靶距应至少为18 mm。但靶距的增加会降低射流到达靶面的动能,因此最佳靶距应取18 mm。     

航空发动机地面试车区尾流导引墙设计分析

对某型航空发动机装机状态下尾流流场进行了数值模拟分析,对尾流导引墙的不同安装位置结构进行了讨论,得到了尾流导引墙上的温度及速度随导引墙安装位置不同的变化规律,为某型发动机尾流导引墙设计与建设提供了技术支持。     

高压力增益偏转板射流伺服阀正交仿真试验研究

为提升偏转板射流伺服阀前置级的压力增益,采用正交试验设计与流场仿真相结合的方法,开展优化射流结构参数研究,综合考虑射流盘厚度、射流槽宽度、喷嘴宽度以及接收孔圆角半径4个结构参数对前置级压力特性的影响。结果表明,通过正交仿真试验得到的一组优化参数,相较于初始参数,其前置级的中位压力提高了15.9%,压力增益提高了19.1%,实现了前置级压力增益提升的目标,为偏转板射流伺服阀射流结构参数设计提供了依据。     

偏导射流阀前置级流场特征参数的仿真计算

根据偏导射流阀前置级的结构以及内部油液的流动特性,将前置级射流过程分为两个阶段。采用标准k-e模型对前置级流场进行了两相流二维数值计算,对两次射流过程中油液的流动形态以及流场压力和速度分布特点展开研究。分析得出,初次射流为自由紊动射流,二次射流为冲击射流,并发现在偏转板处于中位时两接收腔外侧圆弧拐角低压区处出现空化现象。偏导射流阀实际工作过程中偏转板会发生偏移,因此,建立了不同偏移量下的仿真模型,分析了不同偏移量下流场信息的变化规律,获得了前置级流场的压力云图以及对应的速度矢量图。利用仿真结果中两接收腔压力值和V形槽两侧壁静态压力数据,分别计算出了前置级流场的压力增益和液动力的大小。为偏导射流阀基础特性的深入分析奠定了基础,并对该类阀设计的改进和优化具有理论指导意义。     

压电驱动狭缝喷口自耦合射流流动特征研究

采用实验和数值模拟相结合的方法对自耦合射流的流动特性进行了研究。研究结果表明：在紧邻喷口的法向距离内，涡对周期性地生成、破碎和融合，在某个法向距离上形成较为稳定的连续性射流；自耦合射流在发展过程中呈现出在短轴方向急剧扩展，而在长轴方向先向内汇聚、再向外发展的特征；自耦合射流的速度分布与常规射流的速度分布相比，两者在喷口水平方向上均呈现比较规律的速度自模的特征，但在喷口长轴方向，接近喷口的位置速度分布呈现明显的对称马鞍状，随着离喷口法向距离的增加，这种马鞍状的分布逐渐消失。     

阀配流水压柱塞泵的回冲射流及其容积损失

为揭示水压柱塞泵配流阀对泵容积效率的影响程度,设计了阀配流柱塞泵可视化实验装置。通过高速摄像系统清晰观测到柱塞泵中回冲射流现象及形态特征。以阀芯瞬态位移、泵腔压力实测数据为边界条件进行配流阀动网格流场仿真,并进行瞬时流量积分,获得了排水阀回冲射流引起的柱塞泵容积损失数值。结果表明:在1500 r/min转速下,回冲射流时长占柱塞排水周期的30%,约为6 ms,阀芯存在多次振荡且伴随着射流空化;回冲射流造成泵容积效率的损失约为5.3%。