自激振动空化射流振动分析试验

从提高喷射喷嘴的设计效率和射流冲蚀与清洗效率角度出发,在理论分析自激振动空化喷嘴工作原理的基础上,设计不同尺寸组合的风琴管自激振动空化喷嘴,测量风琴管自激振动空化喷嘴喷射时喷嘴及射靶的振动,通过对振动信号的比较分析,研究自激振动空化射流振动特性及频率特性。结果表明,自激振动空化喷嘴振动频域图中的高频成分是谐振腔内空化泡破裂撞击导致的高频振动,自激振动空化喷嘴振动频域图中存在调制频率,即喷嘴谐振腔内自激振动的谐振频率。实测值与理论计算值相符。给出风琴管自激振动空化喷嘴的主要结构参数喷嘴直径、谐振腔长对喷嘴产生自激振动空化效果的影响规律,得出给定试验系统中自激振动空化喷嘴的最佳结构参数。振动分析试验研究与仿真研究结果一致,为自激振动空化喷嘴的优化设计提供了有效方法。     

喷嘴出口结构参数对风琴管射流空化作用的影响

风琴管射流的空化作用虽由其振荡特性诱发,但受制于其出口结构,出口结构对空化作用的影响一直被忽视。首先从射流空化作用机理出发,分析风琴管喷嘴出口边界层流动特性,揭示喷嘴出口结构与空化作用的内在联系。基于水声学原理,采用噪声信号分析法研究了相同空化数下出口结构参数对风琴管射流空化作用的影响,探究不同空化数下出口结构参数对射流空化作用的影响规律。试验结果表明,流道长度L1、扩口长度L2及扩口角度θ等喷嘴出口结构参数对射流空化作用效果均产生显著影响,L1仅对射流空化作用产生直接影响,L2仅对射流空化作用产生间接影响,而θ对射流空化作用产生双重影响;L1、L2及θ对射流空化作用的影响具有明显的规律性,均存在合理的取值范围,在该范围内射流空化作用效果较佳。风琴管射流的高频振荡特性只是自振射流发生空化作用的前提条件,而喷嘴的出口结构在一定程度上决定着自振射流的实际空化作用效果。     

响应面法在自激脉冲喷嘴结构优化中的应用

为了提高自激脉冲喷嘴的射流性能,利用CFD对自激脉冲喷嘴进行流场的数值分析,并与响应面法相结合对喷嘴结构进行全局优化。建立以喷嘴进口直径d_1、出口直径d_2、腔长L_c、腔径D_c为设计变量,以打击力F为目标函数的数学优化模型;通过对建立的数学模型进行分析,获得喷嘴结构的最优参数;最后对优化后的结构进行对比分析,得到优化后的喷嘴在射流性能上有显著的提高,其打击力提高约20%;并且通过分析因素交互作用图,得到各个结构参数对射流性能的影响规律。     

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。     

新型高压水除鳞喷嘴流场仿真与试验研究

针对扇形喷嘴的弊端,设计出一种新型热态除鳞喷嘴。喷嘴主要利用射流打击力和水蒸汽膨胀破裂力共同完成除鳞工艺。通过对该喷嘴进行数值计算与试验研究表明:该喷嘴五股射流束之间相互影响,外围射流束发散速度快,中间射流束发散速度慢;喷嘴射流打击力分布不均匀,打击力随靶距增加而减小,同一靶距时,中间射流束打击力大,外围射流束打击力小。最后,通过将该喷嘴应用于热态除鳞生产线,证实了该喷嘴在工业上的可行性,同时也表明该喷嘴还应进一步优化设计。     

基于CFD的自激振动空化射流喷嘴结构参数 影响研究

随着海洋结构物水下清洗技术的发展,具有高效、安全、节能、环保等特点的新型空化射流清洗技术也开始新兴于水下清洗作业当中。自激振动空化射流则结合了空化射流和脉冲射流的特点,可以达到更好的空化效果,从而实现快速清洗、切割等功能。本文以传统赫姆霍兹喷嘴为研究对象,结合相关文献,在喷嘴出口处添加可以增强空化效果的扩张管结构,同时,分别以喷嘴谐振腔高度、谐振腔宽度、扩张管角度和泵额定压力为研究变量,通过计算流体动力学软件(CFD)对新型赫姆霍兹喷嘴展开数值仿真,结合仿真结果,分析不同变量对于空化射流效果的影响。本文研究成果既可以为作者今后的实验研究做好理论基础,同时,也可以为赫姆霍兹喷嘴的优化设计提供一些参考。     

风琴管喷嘴内表面粗糙度对高压射流特性的影响试验研究

风琴管自振空化喷嘴因兼具空化射流与脉冲射流的优点而被广泛使用。为探究大雷诺数下风琴管喷嘴内表面粗糙度对高压射流特性的影响,从而提高喷嘴作业效率。在理论分析紊流特性与表面粗糙度关系的基础上,通过试验探究了风琴管喷嘴内表面粗糙度对射流轴心压力脉动与扩散角的影响规律。试验结果表明,入口压力越大,粗糙度对射流的扩散角、轴心压力脉动峰值、压力脉动幅度的影响程度越大;对某一入口压力,存在一对应起始粗糙度值使得扩散角快速增大,轴心压力脉动峰值与压力脉动幅值急剧衰减;且入口压力一定时,存在一临界粗糙度值,粗糙度小于此值时,轴心压力脉动峰值与压力脉动幅值随靶距增大而先增大后减小;粗糙度大于此值时,轴心压力脉动峰值与压力脉动幅值随靶距增大而减小。根据试验数据,运用能量守恒定理,建立了射流轴心压力脉动峰值随表面粗糙度、入口压力、靶距变化关系的初步数学模型。     

以油洗油的清罐设备与技术研究

基于原油储罐清洗与回收技术,介绍了清罐设备成套技术和关键点,其中包括:以油洗油的工艺路线、清罐成套设备的技术特点、空化射流喷嘴的设计与试验研究和三维旋转喷枪油射流打击力的有效利用等。通过对喷嘴中置入喷嘴芯形成的空化射流试验证实:将传统管风琴式喷嘴的射流射程提高了20%以上,仅此一点,极大地提高了罐底油泥的破碎效率。     

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。     

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。