基于自激振荡脉冲效应的雾化喷嘴出口流道空化特性研究

喷嘴结构及射流运动参数对液体空化流动状态有重要影响。基于空化泡溃灭的雾化机理和自激振荡脉冲喷嘴出口流道空化过程,分析空化效应对自激振荡脉冲射流雾化效果的影响。依据自激振荡脉冲雾化喷嘴结构,分析射流来流速度和脉动压力对喷嘴出口流道空化效应的影响,提出利用来流雷诺数和脉动特征值表征喷嘴出口流道空化程度,并根据自激振荡脉冲喷嘴有限元分析得到喷嘴出口流道较好空化状态的来流雷诺数和喷嘴腔室长径比。研究结果表明:当来流雷诺数在2.14×10~5~3.05×10~5内逐渐增大时,自激振荡脉冲雾化喷嘴出口流道液相体积分数先减小后增大,相应的空化程度先增大后减小。雷诺数在2.44×10~5~2.75×10~5内可以使喷嘴出口流道形成较好空化效应,尤其在2.44×10~5附近时喷嘴出口流道出现最好的空化状态;脉动特征值与喷嘴出口流道处脉动压力幅值差成正比,随着自激振荡脉冲雾化喷嘴腔室长径比增大,脉动压力幅值差值先减小后增大。当喷嘴腔室长径比为0.60~0.70时,喷嘴出口流道空化状态较好。计算结果为自激振荡脉冲射流雾化喷嘴设计提供了理论依据。     

自激振荡脉冲雾化喷嘴的空化特性研究

基于自激振荡脉冲喷嘴结构及其射流空化特性,建立了射流雾化过程中的液滴高密度区域和低密度区域破碎模型,分析了空化特性对自激振荡射流液滴破碎的影响,得到了影响自激振荡脉冲喷嘴空化特性的主要因素。研究结果表明:自激振荡脉冲射流呈周期性变化的空化特性使喷嘴出口形成超空化,出口处射流低密度区域形成一次雾化,而高密度区域则以液滴二次雾化形式破碎,增强喷嘴空化强度有利于射流雾化;自激振荡脉冲射流系统频率、喷嘴出口锥角以及射流进口压力都影响喷嘴的空化效果。     

自激振荡脉冲射流雾化的机理分析

建立了自激振荡雾化喷嘴的物理模型以及数学模型,通过Fluent软件对自激振荡腔室内部流场进行模拟,分析了自激振荡射流扰动波频率与喷嘴固有频率之间的关系、振荡腔室脉冲发生原因,以及射流脉冲特性其对雾化的影响,解释了自激振荡脉冲射流的雾化机理,说明了自激振荡喷嘴能明显提高射流的雾化效果。数值模拟了不同腔长配比和不同出流扩张锥角.结果表明,在其它条件一定的情况下最佳腔长配比值为腔长与上喷嘴直径之比为2.4,最佳出流扩张锥角为(60~65)°。     

环形水气自振射流泵基本性能及频率数值分析

针对水气两相射流泵传能效率较低,吸气残压过大的问题,结合环形射流和自激振荡射流的优点,提出环形水气自激振荡脉冲射流的概念。以环形射流理论为基础,推导了混合相界面上的连续性方程和动量方程。采用Realizable k-ε紊流模型和欧拉多相流模型对环形水气自激振荡脉冲射流流场分别进行了定常和非定常数值模拟。计算了环形水气自激振荡射流泵的流量比q、压力比h和效率η等性能参数。对下喷嘴处的流体平均速度进行了非定常模拟计算。对下喷嘴处混合相瞬时速度脉冲进行了频率分析。与普通环形水气射流相比,环形自激振荡射流对气体的卷吸作用能力得到增强,且下喷嘴处的混合相瞬时速度值具有显著的脉冲主频。     

自激振荡式天然气管道增输器设计及数值计算

基于低压大流量自激振荡射流形成及自激振荡脉冲气体的运动规律,提出了固-脉冲波峰点接触的"滚动摩擦"自激振荡脉冲式天然气管道输送运动形式。分析了下游喷嘴直径、腔室直径、腔室长度和腔室碰撞壁倾角等结构参数对天然气管道减阻增输特性的影响,并确定了较优的自激振荡脉冲腔室无量纲参数。研究结果表明:腔室下喷嘴直径反映自激振荡脉冲射流的过流特性,腔室直径影响自激振荡脉冲射流涡旋配对效果,腔室长度与自激振荡脉冲射流振荡频率及脉动幅值有关,碰撞壁倾斜角直接决定腔室涡漩中心的位置,进而产生周期性高压脉冲射流团的特殊聚能效应。计算后获得的自激振荡脉冲腔室较优无量纲参数为:腔室下游喷嘴与上喷嘴直径比为1.3,腔室长度与上喷嘴直径比为2.4,腔室直径与上喷嘴直径比为6,腔室碰撞壁倾斜角度为120°。     

自激振荡脉冲喷嘴空化效应及其射流形态的数值分析

基于自激振荡脉冲喷嘴空化效应和多相流模型,建立了自激振荡脉冲射流空化模型。依据自激振荡腔室结构及其几何参数建立了腔室轴对称物理模型,计算得到了振荡周期100ms内自激振荡脉冲射流的空化泡破碎、腔室内两相分布、湍动能分布和速度分布等结果。研究表明：在1.02~2.37ms时,空化泡半径减小,气泡开始径向运动形成泡面加速射流;在2.69~4.67ms时,空化泡面压力达到极限破碎值时气泡开始破碎;在自激振荡周期前25ms,主射流与空气接触边界面形成较强湍动能,自激振荡腔室中心漩涡区逐渐变大,外流场连续射流被割断成多股状射流,射流在喷射轴线附近速度达到并稳定在30~40m/s;在振荡周期的40~90ms,腔室内中心空化气囊形成并开始阻挡主射流运动,喷嘴出口流道出现大面积空化区域,湍动能最大区域集中在下喷嘴出口下游;在振荡后期,随着主射流与空气相互作用及射流贯穿距离增加,主射流速度逐渐趋于稳定且扩散作用减弱。     

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。     

自激低频脉冲射流空气喷嘴数值模拟与实验研究

为揭示自激低频脉冲空气射流产生机理,探究喷嘴运行参数及结构参数对空气脉冲射流的影响,提出了自激振荡空气喷嘴设计方案,并利用Fluent软件对自激振荡空气喷嘴腔内速度场进行数值模拟仿真。结果表明：在相同工况下,入口压力为0.4 MPa时,率先出现周期性脉动射流,速度脉动曲线最稳定。此外,在不同入口压力下进行了脉冲射流频率特性实验。实验发现：入口压力是产生自激振荡脉冲空气射流的重要运行参数,且存在最佳腔长61.8 mm,使脉冲射流振荡幅度最大,为空气喷嘴的优化设计提供了参考。     

气—液两相流旋流喷嘴雾化特性研究

液体的有效雾化是当前气液两相流研究中的重要课题,这其中雾化喷嘴的选择能很大程度影响雾化效果。通过查阅大量文献,对不同类型的气液两相流旋流喷嘴的结构、工作原理以及影响雾化效果的各个因素(包括:喷嘴结构、压缩空气压力以及气液比)做出了论述。在实验中采用压缩空气作为雾化介质,利用lyc2000激光粒度仪测量了不同情况下的喷雾特性参数如油雾粒径、油雾浓度等。同时对气液两相流旋流喷嘴雾化特性进行分析,并做了图表分析和曲线拟合。     

自激脉冲喷嘴的机理与结构仿真分析

分析了自激脉冲喷嘴的工作原理和自激振荡产生的机理,建立了自激喷嘴的数学模型;利用Fluent仿真软件,研究不同结构参数喷嘴的脉冲射流特性;通过模拟仿真分析,得出了喷嘴的最佳结构参数。结果表明:上、下喷嘴直径和腔长对出流频率、振幅以及流速峰值都有着较为关键的影响;由于涡旋和空化对入口流速的阻碍,以及气体体积分数的不同,出口流速比进口流速大。     

同轴静电雾化切削雾化研究

同轴静电雾化对于实际切削加工具有重要影响,通过搭建同轴静电雾化切削平台,利用显微成像系统进行植物性润滑油LB2000和去离子水两种互不相溶液体介质的同轴静电雾化切削雾化试验,研究了电极电压以及内外流量对雾化形态的影响,并将同轴静电雾化切削三维模型导入Ansoft Maxwell有限元仿真软件中,研究电压对喷嘴、刀具和工件之间静电场强度的影响。结果表明:同轴静电雾化切削中出现"滴状"模式、"脉动"模式、"锥射流"模式以及"不稳定"模式;与其他模式相比,稳定的锥射流是适合用于切削加工冷却润滑的同轴静电雾化模式。分析研究了稳定锥射流形成机理,获得了形成该模式的雾化参数范围,结合同轴静电喷雾切削静电场仿真结果,揭示了电极电压对同轴静电雾化切削的雾化形态影响机理,为同轴静电雾化切削的实际应用提供依据。     

射流式离心泵气液两相流数值分析

射流式离心泵是一种特殊的流体机械,采用射流器与离心泵组合的方式设计,以牺牲一部分效率来提高离心泵抗空化性能,增大吸程。基于CFD技术,针对射流式离心泵进行了定常气液两相流数值求解。设定进口处气体的容积含气率分别为5%,10%,15%和20%,气泡直径为0.1 mm,在单相计算收敛后数值模拟了气液两相全流场。结果表明:当含气率0.05时,泵性能不会发生较明显的变化;喷嘴到叶轮进口20～90 mm之间液相速度大于气相速度,气液两相速度差为1～2 m/s;在喷嘴到叶轮进口90～150 mm之间时气相速度大于液相速度,两相最大速度差为4 m/s。     

环形自激振荡射流泵在气液掺混传质中的应用

较传统环形射流泵而言,环形自激振荡射流泵,可以在无外界激励的作用下仅靠自身合理的尺寸设计在自激振荡腔室内形成循环的振荡效果,利用自激振荡腔室产生的强烈自激振荡涡旋来提高气液两相传质的效果。本文采用计算与实验相结合的方法,使用k-ε湍流模型对环形自激振荡射流泵进行CFD(Computational fluid dynamics)流场仿真,并针对脱氧后的水溶解氧的能力进行了研究。结果表明,环形自激振荡射流泵掺混能力较传统环形射流泵提升15%～20%,与传统曝气头相比,混合能力提升30%以上。混合过程中由于自激振荡产生的脉冲效果使气相和液相之间产生了剧烈的剪切场,在剪切力的作用下使混合液中的气泡数量增多,气泡粒径变小,从而增加了气相与液相接触的面积,进而达到提高气液两相掺混传质的目的。     

基于瞬时涡量助推效应的自激振荡腔室脉动研究

射流剪切层瞬时涡量变化对大结构涡环的脉动过程有重要影响。依据涡环在自激振荡腔室内的蓄能及释能状态,分析了自激振荡脉冲涡量助推效应。利用大涡模拟数值计算方法,分析入口压力为1MPa时自激振荡瞬时涡量初生时刻扰动变化、一个脉动周期内瞬时流向涡量变化和自激振荡腔室下游出口流道流速变化。结果表明:自激振荡腔室内气流形成剪切层和初生大涡,当初始大涡被腔室碰撞壁夹角分离,剪切层产生反向扰动波,离散涡在分离区发生反馈,形成初生流向涡;当上一脉动周期大涡能量完全释放,下游出口轴向流速达到脉动最大。当剪切层中离散涡汇聚成新的大涡时,下游出口轴向流速达到脉动最低。当大涡开始不完全脱落时,下游出口轴向流速达到脉动平均;随着上游入口压力增大,流体脉冲率先增大后减小,当压力为1.2MPa,脉冲率达到最大22.53%。     

基于CFD技术的脉冲防暴水炮高压气嘴的结构设计

射流出口速度值是影响脉冲防暴水炮技术性能的敏感因素,为研究不同结构气嘴对射流出口速度的影响,采用CFD技术数值研究了三种不同入口面积气嘴的二维流场,其中大涡模拟方法和二维非稳态的VOF模型被用于描述气嘴流场的湍流分布和追踪管内外的气液界面,研究发现过大或过小的气嘴入口面积都会减慢水炮的发射过程,不同的气嘴结构对于初始时刻的射流形状是没有影响的,但因改变了管内的气液参混过程,从而导致对射流的一次和二次雾化产生不同影响.     

自激振荡脉冲射流频率特性实验研究

为了研究射流峰值压力频率和脉冲射流峰值压力以及自激振荡装置结构参数间的相互关系,运用流体网络理论建立了自激振荡装置相似网络模型,并完成了单腔室自激振荡脉冲实验。相似网络模型和实验结果表明:脉冲压力峰值频率不仅取决于系统的固有频率,还决定于系统的阻尼比;射流压力峰值频率随腔长的增大而减小,随泵压的升高而增大,存在一个最佳腔长使射流峰值压力最大;自激振荡装置具有低波滤通性,当来流脉动主频与自激振荡装置固有频率相近时,脉冲射流压力峰值最大。     

某旋流式燃油喷嘴流场分析

旋流式喷嘴是航空发动机进油系统和实现燃油雾化的重要部件.为了探究一种旋流式喷嘴的雾化角度,文章介绍了一种旋流式喷嘴的结构特点和工作原理,运用VOF两相流方法与Realizable k-ε模型模对喷嘴的内外部流场进行数值模拟.结果显示:数值仿真可以较好的模拟喷嘴的雾化特性,随着供油压力增大,喷嘴出口流量和速度均增大,燃油...     

深海环境下射流性能仿真

建立适用于深海作业的高压射流喷嘴的流体动力学仿真模型,对深海环境下喷嘴射流的内、外部流场性能进行数值仿真分析,得到5MPa、10MPa和15MPa三种典型围压环境下喷嘴内部射流压力和速度的变化规律及射流离开喷嘴后的压力和速度变化规律,并与非淹没状态下射流的性能进行对比研究。研究结果表明:通过数值仿真可以获得深海环境下喷嘴射流的工作性能,仿真结果与理论计算结果吻合;随着海水围压的增加,喷嘴射流出口的最大速度相应下降;当喷嘴射流出口喷射速度一定时,深海围压的大小对射流性能基本没有影响;不同围压下的射流形成的等速核外形和靶距基本相同,深海最优作业喷距为3~5倍喷嘴出口直径;与非淹没环境相比,淹没状态下射流沿轴向速度衰减梯度变化迅速,其等速核长度缩短约40%。     

气溶性射流喷嘴的结构设计及计算

设计了一种节水的气溶性射流喷嘴.该喷嘴分为进水管、进气管、混合室和Laval喷嘴四个部分.进水管在壁面上利用雾化原理加工针状小孔,使水以雾状存在于射流中,形成气溶性射流,大大的减少了用水量.根据射流清洗要求,利用雾化原理、流体力学及机械设计等相关原理,计算出喷嘴关键尺寸混合室直径、Laval喷嘴喉部直径、喷嘴出口直径分别为28mm、4mm、5.5mm.实验研究表明,证明了所设计喷嘴的射流打击能力,达到节水的目的;同时得到了该喷嘴的最佳工艺参数:在进水、进气压力分别为为0.3MPa、0.8MPa时,清洗射程达到7.2m,在喷口距测杆100mm时打击力为516.58N.     

出口形状对中心体喷嘴射流性能的影响

提出将中心体喷嘴与异形喷嘴组合以产生更好的空化射流效果的思路。采用Mixture多相流模型,在15MPa的射流压力下,对正方形出口、三角形出口和圆形出口3种中心体喷嘴产生的淹没射流流场进行数值计算,重点对轴向速度、径向速度、湍动能和空泡相体积份额进行了对比分析。研究表明:圆形出口的中心体喷嘴比另两种异形出口的中心体喷嘴产生更高的射流速度和湍动能;正方形出口比三角形出口的中心体喷嘴的射流稳定性能更强,圆形出口的中心体喷嘴产生的集束性能较强;异形出口的中心体喷嘴产生的流场中,空泡相延伸距离更长,异形出口的中心体喷嘴产生的空化射流效果更好。