非淹没双空化射流流场及冲击特性数值模拟

空化射流具有比同等条件下普通水射流更强的冲击力，被广泛应用于各种领域。为进一步提高空化射流的工作效率，提出了新型的非淹没双空化射流。基于多相流Mixture模型和RNG k-ε输运方程，研究了双空化喷嘴中内外喷嘴径向间距D₀与出口轴向间距L,以及外喷嘴来流压力P₁对射流轴线速度、压力、含气率与比能的影响，并分析了最优D₀,L,P₁组合下射流冲击平板的壁面压力分布特征。研究结果表明，当D₀=1.5 mm,且L=2 mm时射流的流场特性最优，在此结构下的最优靶距为20～25 mm。对该非淹没双空化射流冲击特性分析发现，相比于传统中心体空化喷嘴，其可产生体积更大的空化云和更好的冲击效果。研究结果可为空化射流的高效应用提供理论基础。     

基于自振射流的纸浆搅拌技术试验研究

在造纸工业中,纸浆搅拌是整套工艺流程中的重要一环。基于自振射流技术,对纸浆搅拌桶内木材纤维及其混合物的搅拌效果进行试验研究。以木质纤维板为目标冲蚀物,将冲蚀后的木质纤维板料及浆料放入纸浆搅拌桶,分析自振射流对物料的冲蚀及搅拌效果。研究结果表明:采用自振射流搅拌时,随着喷嘴距桶液面距离的增加,桶内纸浆液中非纤维体积分数先增加后减少,并且射流冲击压力越大,粉碎搅拌效果越好;在相同试验条件下,自振射流搅拌效果优于传统机械搅拌法;与连续射流相比,自振射流对物料冲击压力大、破碎效率高、搅拌效果好。     

自振脉冲喷嘴异形结构对射流冲蚀性能的影响

从提高射流冲蚀效率出发,利用自振脉冲射流对不同形状喷嘴的冲蚀性能进行分析。根据自振脉冲装置结构参数与射流振荡频率之间的关系,建立不同形状的下喷嘴冲蚀性能分析模型;以砂砖为靶件,测量了同等当量面积的圆形和方形喷嘴冲蚀体积和深度,研究冲蚀时间、振荡腔长和靶距对射流冲蚀效果的影响规律。结果表明,随冲蚀时间增加,方形喷嘴的冲蚀体积和冲蚀深度均高于圆形喷嘴,超过最佳冲蚀时间段后方形喷嘴冲蚀深度增长放缓明显。振荡腔长的变化对冲蚀深度影响较大,圆形喷嘴所对应的最佳腔长略小于方形喷嘴。相同工况下,随靶距增大,方形喷嘴冲蚀深度与冲蚀体积的降幅小于圆形喷嘴,前者所对应的冲蚀表面损伤面积大于后者,实验结果与理论分析相一致,所得结论对脉冲射流装置的设计与优化具有参考意义。     

基于水力空化技术的照明炬冲蚀试验研究

为了验证水力空化技术在报废弹药倒空领域的应用可行性并确定相关倒药参数,以某型照明炬为研究对象,设计了水力空化倒空系统,研究了喷嘴入口压力、喷距和冲蚀时间对照明炬冲蚀效果的影响。结果表明:水力空化系统可以倒空照明炬;冲蚀效果随着喷嘴入口压力的增大而增大;喷距影响冲蚀效果,且存在最佳喷距;随着冲蚀时间的增长,冲蚀效果在一定范围内增大,之后趋于平稳。这为弹丸装药倒空探索了一种新的技术方法。     

亥姆霍兹上喷嘴出口结构对射流振荡特性的影响

应用FLUENT软件对二维的亥姆霍兹喷嘴自振射流进行了模拟,并以此为基础研究了上喷嘴出口凸出部深入振荡腔对亥姆霍兹喷嘴自激振荡特性的影响。结果表明,上喷嘴的出口凸出部长度和喷嘴壁厚度都对自激振荡特性产生显著的影响。长度为0～0.15D_1时,自振射流的脉动幅值可以提高20%～80%,提升幅度在射流速度较低时更大;凸出部长度为0.15～0.25D_1时,射流振幅的提升逐渐降低;长度0.25～0.3D_1时,射流振幅比普通喷嘴更低,稳定性下降;长度超过0.3D_1时自振射流会完全消失。凸出部分喷嘴壁厚度在0δ0.1D_1范围内对射流性能几乎没有影响,但随着厚度δ的不断增大,性能会减弱,δ0.15D_1时无法形成自振射流。总之,上喷嘴出口凸出可改善射流振荡性能,但长度和厚度需在一定范围内,否则无法产生自振射流。     

气举用振荡脉冲射流破碎器的研究

本文着重研究了气举用振荡脉冲射流破碎器在淹没条件下的动态特性、冲蚀特性和现场试验情况。实验表明在淹没条件下振荡脉冲射流不仅具有强烈的动态脉动冲击特性，而且具有波动的径向流动（附壁流动）。在相同条件下振荡压力能破碎连续射流所不能破坏的土岩，而且能产生波动上举力；波动的径向流动使作用在破碎的土岩颗粒上的升力增大，使作用在土岩颗粒上的上举力大于压持力，导致土岩颗粒易于流动。在气举上使用脉冲射流喷嘴，其轴吸浓度稳定，提取的固液混合液浓度比采用连续射流喷嘴时的大。     

磨料水射流对脆性材料的冲蚀研究

磨料水射流技术作为一种特种加工技术，具有无刀具接触、无热影响区和加工范围广等优势，在众多领域得到应用。为了探究磨料水射流对脆性材料的冲蚀效果，构建和设计了磨料水射流外流场冲蚀仿真模型与磨料水射流冲蚀实验。以30 mm×50 mm的喷嘴外流场域为计算域，建立磨料水射流冲蚀仿真模型，并分析射流冲蚀过程中压力分布、水与磨料的速度分布及它们在射流中心线上的衰减规律。通过对氧化铝陶瓷材料的冲蚀实验，分析工艺参数对冲蚀孔径的影响，并结合仿真结果对比分析了射流束宽度与冲蚀孔径的关系。结果表明：水的速度随着喷嘴距离的增大而减小且分布范围变宽，射流宽度呈线性增大，磨料速度随喷嘴距离的增大而减小且分布范围基本不变；射流中心线上水的速度与磨料速度呈三段式衰减，水的第1段速度衰减段长度比磨料的长，但水的第2段速度衰减段长度比磨料的短；射流束能量的有效利用部分逐渐减小，但在15~25 mm的靶距范围内其有效利用部分较稳定，为40%；冲蚀孔径随喷嘴距离增大呈线性增大。研究结果为磨料水射流切割、铣削及抛光加工的参数选择提供实验依据，同时为磨料水射流加工过程仿真提供参考。     

空化水射流在渐进成形与冲蚀领域的对比分析

目的 将高压水射流渐进成形技术与空化现象相结合,探索一种新的加工形式——空化水射流渐进成形技术,研究不同空化喷嘴内部结构、工作靶距对成形和冲蚀的影响。方法 设计了5种不同内部结构的空化喷嘴,在相同工艺参数和不同靶距的条件下,对厚度为0.5 mm、尺寸为200 mm×200 mm的5052铝合金板以及厚度为10 mm、尺寸为50 mm×50 mm的1060铝合金块进行成形和冲蚀实验,测量样品成形高度和冲蚀损失质量,观察电子显微镜下样品的冲蚀外貌形态。结果 喷嘴内部结构对空化效果有很大影响,有锥形扩散段的喷嘴空化效果更好,作用半径更大。喷嘴的作用区域呈3层圆环状,由许多涡旋组合而成。产生的空泡沿流动方向运动,在靶体附近溃灭,释放冲击力。在成形和冲蚀2种工况下,均存在最佳靶距,且随着靶距的增大,空化水射流的表面形态也发生变化,圆环的第1层直径保持不变,第2层、第3层直径显著增大。结论 空化喷嘴的内部结构和靶距对空化水射流成形和冲蚀的影响较大,在实际生产应用中应根据使用场景、工作范围选择合适的工艺参数,以提高效率。     

喷嘴结构对真空喷射雾化性能影响研究

基于Fluent软件模拟了柱型、扇型、锥型和混合型喷嘴真空喷射射流雾化过程,研究了喷嘴结构对动压力转换、射流速度和喷嘴出口湍动能的影响。结果表明,锥型喷嘴动压力较大,可提高静压能转换效率;扇型和锥型喷嘴喷射束宽度较大,利于大面积喷射成膜;扇型喷嘴易形成空化,出口湍动能较大,有助于液滴初次雾化破碎,而混合型喷嘴的空化层厚度最小,湍流区域最大。通过分析雾化锥角与喷嘴流量系数,发现扇形和锥直形喷嘴具有较大雾化锥角,但流量系数较小喷嘴压力损失较大;喷嘴直线段会提高锥型喷嘴雾化锥角和喷嘴出口湍动能,并使扇型喷嘴的流量系数增大,但射流雾化锥角减小。最后,本文尝试构建了真空喷射射流雾化数学模型。     

基于CFD的超声激振喷嘴雾化特性数值模拟研究

为了进一步提高超声激振喷嘴内部的湍流效果和提高喷嘴雾化效率,通过设置碰撞壁和振荡腔的结构对现有的超声喷嘴进行改进。利用哈特曼流体声波发生器原理,建立超声激振喷嘴雾化模型,利用CFD流体动力学仿真软件模拟喷嘴内部的流场,以喷距和碰撞壁角度两个主要参数对喷嘴出水口速度的影响。结果表明:通过分析喷嘴内部速度和压力流场云图发现喷嘴内部振荡腔和碰撞斜壁的设计会使喷嘴内部产生空化涡旋,空化涡旋内空化气泡的溃灭会增强流体的扰动,增强喷嘴内部流体的湍流的效果,增强喷嘴雾化的效果加强喷嘴内部流体的扰动效果,提高喷嘴的雾化效率;喷嘴射流速度随进口压力的增加表现出明显的增大趋势,射流速度对喷距的增加表现出明显的增加趋势,相比较之下碰撞壁角度对射流速度的影响不明显,经分析确定参数喷距L=1 mm,碰撞壁为60°时超声激振喷嘴雾化效果最好。     

微磨料浆体射流形成过程的能量传输

为了研究微磨料浆体射流形成的能量传输与转换,用碳化硅磨料对40CrMnMo7钢进行冲击,建立数学模型描述冲击力与射流压力、喷嘴效率、射流流量、水力功率等参数的相互影响,通过测量射冲击力、射流流量来预测射流系统的单位水力功率的出力状况。结果表明,该数学模型可以预测射流冲击力与水力功率之比,由系统压力模型计算的冲击力比实验结果小20%;在射流的滞止区内,压力与冲击力不呈线性关系,在相同压力下,磨料粒子具有更大的动能,微磨料浆体射流冲击力比纯水射流的大20%,单位水力功率提供的射流冲击力随着射流压力的增大而减小;射流冲击力随着喷嘴直径、射流压力的增大而增大,在靶距较小的情况下,冲击力随着靶距的增大而增大,当靶距达到一定值时,冲击力随着靶距的增大而减小。     

Spectral peculiarities of turbulent pulsations of submerged water jets

The spectra of turbulent jet temperature pulsations at 1–40 Hz frequencies have been experimentally studied based on high-speed thermography of the water boundary layer: the region where an impact jet interacts with a surface transparent to IR radiation, as well as the near-wall region where two submerged jets interact in a disc-shaped tee-joint. It has been indicated that the slopes of the spectra of impact submerged jet turbulent pulsations are close to–5/3 and a double inertial interval exists in a quasi-2D turbulent flow that is formed when two jets mix.     

水射流技术在石油工程中的应用及前景展望

论述了水射流技术在我国石油工程中的研究和应用情况。应用实验方法建立了淹没非自由射流压力及水功率衰减计算模型，建立了以井底获得最大水功率，优选水力参数设计的新方法和新模型。应用瞬态流理论及水声学原理建立了两种谐振腔的基本关系式和结构数学模型。建立了在钻井双向应力作用下，岩石裂纹发展方向模型。介绍了研制的3种新型高效钻头，即加长喷嘴牙轮钻头、自振射流钻头和射流及机械联合破岩钻头。展望了水射流技术在超高压射流钻井、稠油及低渗油藏开采、提高采收率等方面的应用前景。     

An investigation of the liquid impact properties of a GFRP radome material

The damage caused by the impact of high velocity water jets (100 to 1200 m sec⁻¹) on GFRP specimens from a prototype Concorde radome has been investigated. The dependencies of the extent of various damage modes on the jet velocity, size and angle of impact have been studied in detail. The effect of multiple impacts has also been examined. The results are interpreted in terms of the fundamental deformation and failure mechanisms of a composite system. The results show that damage is sensitive to the size and velocity of the impacting jet and that more damage may occur for oblique impact than for normal impact. The liquid jets model impact by spherical drops and the conclusions are therefore relevant to the case of rain erosion.     

前混合磨料水射流切割HTPB推进剂的可行性研究

针对前混合磨料水射流切割HTPB推进剂的过程安全性和效率，开展了理论分析与试验验证。在理论分析的结果上，分别开展了基于固定和移动两种试验模式下的安全性和效率试验。该切割方式由于有效降低了出口压力，在保证切割能力的前提下其冲击压力远远低于推进剂的冲击感度，导致推进剂内部升温不明显，安全性有足够保证。研究结果表明，在90%的置信水平下，切割的安全可靠度不低于99.52%。而磨料粒子的添加极大地提高了射流的切割效率。试验结果表明，当保持出口压力30 MPa以上、磨料质量分数不低于50%时，磨料水射流约为相同条件下纯水射流切割效率的2倍。由此得出可行性结论:由于前混合磨料水射流具有极强的冷态冲蚀磨削作用，在安全性和效率方面均能够满足对三组元HTPB推进剂的切割作业。     

截断式脉冲水射流冲蚀煤岩特性数值模拟

基于光滑粒子动力学和有限元法(smoothed particle hydrodynamics-finite element method,SPH-FEM)耦合算法,建立了截断式脉冲水射流冲蚀煤岩的数值计算模型。通过对比数值模拟结果与相同工况下的实验结果,验证了该模型的有效性。在此基础上,探究了在截断式脉冲水射流冲击作用下,煤岩沿射流轴向的损伤演化过程,分析了煤岩围压、脉冲长度、脉冲间距及射流速度对煤岩冲蚀深度及速度的影响规律。结果表明:煤岩的冲蚀深度随着围压增大而减小;随着脉冲长度的增加,煤岩的冲蚀深度逐渐减小,冲蚀速度经历了先增大后减小的过程;脉冲间距对冲蚀深度的影响较小,煤岩的冲蚀速度随脉冲间距的增大呈现出线性减小的变化趋势;脉冲速度对冲蚀深度及速度影响较为显著,且随着脉冲速度的增加,冲蚀深度及速度整体呈增长趋势。     

Numerical Simulation of a Nonstationary Gas Jet Generated by a Pulsed-Gas Generator

The efflux of an axially symmetrical ideal-gas jet generated by a pulsed-gas generator has been mathematically simulated. The structure and parameters of nonstationary gas jets have been determined. The influence of the geometric parameters of a pulsed-gas generator and the initial pressure in its accumulation reservoir on the characteristics of the jet, determining the efficiency of its action on an obstacle, has been investigated. The calculation data were compared with the corresponding experimental data.__________Translated from Inzhenerno-Fizicheskii Zhurnal, Vol. 78, No. 2, pp. 145–151, March–April, 2005.     

基于C型聚能管的聚能水压光面爆破技术原理及应用

针对常规光面爆破存在的问题,依托栾卢高速公路碾盘隧道现场施工,详细分析了聚能水压光面爆破技术原理,阐述了第二代C型聚能管的结构特点、技术优势、装置组装流程及装药结构,并开展了聚能水压光面爆破技术现场试验研究。理论分析证明:在空气-水复合介质作用下,聚能水压爆破冲击波到达孔壁时的应力较常规光面爆破时增大,围岩振速降低。侵入岩体后,成缝过程可分为聚能射流切缝阶段、岩体压碎阶段、裂缝发育阶段、裂缝扩展阶段、最终成缝阶段。现场试验及工程应用表明:与常规光面爆破相比,采用聚能水压光面爆破技术时,周边眼间距增大,炮孔利用率提高约16.69%,半眼痕率增加约40.47%,最大超挖降低约49.88%,围岩平均峰值合振速降低约48.96%,有效保护了围岩稳定性,且爆破效果得到显著改善。     

Using neural networks with jet shapes to identify b jets in ee interactions

A feed-forward neural network trained using backpropagation was used to discriminate between b and light quark jets in events. The information presented to the network consisted of 25 jet shape variables. Th network successfully identified b jets in two- and three-jet events modeled using a detector simulation. The jet identification efficiency for two-jet events was 61% and the probability to call a light quark jet a b jet equal to 20%.     

Bubbly Jet Impingement in Different Liquids

The impingement of bubbly jets in distilled water and ethanol has been experimentally studied on ground. An experimental apparatus for the study of jet impingement on ground and in microgravity has been designed. The opposed-jet configuration with changeable orientation is used in order to study which is the better disposition to achieve an efficient mixing process. The impact angle between jets that can be changed from 0° (frontal collision) up to 90° (perpendicular collision). The impinging jets are introduced into a test tank full of liquid by means of two bubble injectors. The bubble generation method, insensitive to gravity level for low Bond numbers, is based on the creation of a slug flow inside a T-junction of capillary tubes of 0.7 mm of diameter. Bubble velocities at the injector outlet and generation frequencies can be controlled by changing gas and liquid flow rates. Individual bubble properties and coalescence events, as well as the whole jet structure are analyzed from the images recorded by a high speed camera. Bubble velocities are compared with the velocity field of a single-phase jet. Rate of coalescence between bubbles is found higher in ethanol than in water, creating a higher dispersion in bubble sizes.