高压水射流喷水推进装置空化流动及推力特性仿真分析

高压水射流喷水推进器是一种新型推进装置,其高速射流具有强剪切作用并将引起剧烈的剪切空化,从而对推力性能会产生重要影响。利用大涡模拟对推进装置的强剪切空化射流特性进行了仿真研究,探究了空化射流的流动机理及空化云演变规律,分析了空化现象对反推力特性的影响。结果表明：高速射流射入自由水域时将产生大量低压旋涡从而诱导剪切空化,并对反推力具有一定的增强作用,反推力增幅随空化程度的增强而增大;但受空化云形态变化影响,反推力将呈现脉动特性,其脉动幅值随着空化程度加剧逐渐增大,脉动主频随空化程度加剧而逐渐减小。     

不同结构喷嘴的高压水非定常喷射反推特性

喷嘴作为高压水射流的关键部件,其结构和工作参数对高压水喷射反推性能具有重要影响.以圆柱、圆锥和余弦三种不同结构喷嘴为研究对象,基于CFD对定容积下不同结构喷嘴的高压水非定常喷射过程进行数值模拟,对比分析了不同结构喷嘴的射流反推特性,系统研究了充气压力、出口直径对喷嘴非定常喷射速度和反推力的影响规律.结果表明:相比圆柱喷...     

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%。     

基于FLUENT远距离冲洗喷嘴的射流特性研究

锥形喷嘴射流能获得较高集聚能的集束射流,可产生较大的射流打击力,多用于远距离水清洗场合。现有锥形喷嘴的研究,多是研究短流场的,且用于水射流切割。该文利用fluent软件对喷嘴的外流场进行仿真模拟分析,可直观的分析喷嘴的长外流场特性及喷嘴的性能。通过改变不同的射流压力和喷嘴的直径来分析喷嘴的外流场的特性。仿真结果表明:锥形喷嘴的射流距离较长;随着射流压力的增加,射流打击力、射流动压和有效射流距离都在增加;喷嘴直径的增加,使得射流压力、射流打击力、射流动压和射流距离也在增加;水射流清洗存在一个临界压力;有效的射流距离为(1800~2000)d,为水冲洗清洁系统的喷嘴直径选择提供了一个参考。     

关键结构参数对高压除鳞喷嘴性能影响的研究

高压除鳞喷嘴广泛地应用在热轧除鳞工艺中,喷嘴结构参数的变化会对射流性能产生影响。通过数值模拟和实验测试相结合,研究了锥孔深度变化对外部射流的影响。研究表明:锥孔深度增加,射流水喷射角增加、射流速度沿轴向方向衰减变慢,射流距离增加。在相同射流距离下,锥孔深度的增加可以使打击力的大小增大、有效的射流宽度增大。     

水射流穿丝喷嘴设计

本文针对慢走丝线切割机床的自动穿丝系统设计了一款新型喷嘴。利用Fluent软件对该喷嘴进行了仿真,确定了会聚角度对射流流场的影响。对喷嘴进行喷水试验,确定不同速度下射流的形态以及穿丝时射流的形态,验证了该喷嘴的可行性,为线切割自动穿丝喷嘴设计提供了一条新的思路。     

高压水除鳞喷嘴结构参数对喷嘴射流性能的影响

为了进一步研究高压水除鳞喷嘴的射流性能,优化喷嘴的结构参数,选取出口扩张角、锥孔深度、入口收缩角作为参考因素,以喷射角和射流流量作为评价指标,对喷嘴各参考因素对射流性能的影响进行了仿真分析。结合正交试验的方法,对喷嘴各结构参数及其交互作用对其性能影响的显著性及重要性次序进行分析,获得最优的参数组合并对其进行了实验验证。结果表明：出口扩张角的增大会使喷射角减小但会使射流流量增加,锥孔深度的增加可以较为全面地提升喷嘴的射流性能,收缩角的增大会使得喷嘴的射流性能减弱,喷嘴的除鳞效果变差;3个参考因素中锥孔深度是对射流性能影响最大的因素;当出口扩张角为80°、锥孔深度为8 mm、入口收缩角为65°时喷嘴的射流性能最优。通过将参数优化后的喷嘴的实验结果与原始喷嘴的实验结果对比发现,优化后喷嘴的喷射角由原始值35.7°提升至44.1°,射流流量的大小由原始值10.17 L/min提升至28.3 L/min。     

水压人工肌肉驱动喷水矢量推进系统设计与试验

传统喷水矢量推进系统的驱动器存在密封困难、易腐蚀、使用寿命短、结构复杂等问题。为了解决这些问题,开发了水压人工肌肉驱动的喷水矢量推进系统。基于水压人工肌肉调节关节转角的驱动方式,对二自由度喷水矢量推进系统进行设计,并建立水压人工肌肉工作压力与喷嘴偏转角度的对应关系,先后进行了喷嘴矢量调节试验和水下自航试验。喷嘴矢量调节试验结果显示,当人工肌肉压差分别为0.310,0.614,0.898,1.158,1.386,1.584 MPa时,喷嘴实际偏转角度为13.56°,21.66°,33.24°,44.21°,52.80°,56.88°,试验结果与理论计算结果平均偏差为10.8%。水下自航试验表明,水压人工肌肉作为驱动器不仅能够满足喷嘴偏角矢量调节的要求,同时能够实现喷水矢量推进机器人的矢量运动,为研发能耗低、结构紧密的水下智能装备提供了新的思路。     

空化水喷丸工艺中空化行为的数值模拟与验证

空化水喷丸工艺是用于金属材料表面改性的一项新技术,该工艺中的空化行为涉及高速、高压、相变、湍流、非定常特性等复杂多变情况,对该工艺中的空化行为及冲击压力场分布规律的探索一直是该领域的重点和难点。利用FLUNET6.3流体计算软件对淹没式空化射流中喷嘴内外的流场特性进行模拟分析,获得流场内的速度、静压和汽含率分布规律,同时使用Fujifilm压敏纸对空化水喷丸工艺中沿空化射流方向上的冲击压力场的分布规律进行试验测定。研究结果表明空化水喷丸工艺中的淹没式空化射流在缩放型喷嘴内外形成剧烈的空化现象,空泡群溃灭瞬间产生的冲击波压力高达300 MPa以上。     

高压气体微孔射流对堆积粉料的破散性试验研究

针对堆积粉料的破散性问题,在设计和构建高压气体射流冲击试验装置的基础上,开展了射流形态、射流喷距和射流冲击实验,探讨了射流压强、喷距、时间、喷嘴形式及喷嘴个数对堆积粉料的破散效果。试验结果表明,当微孔喷嘴直径为0.5 mm时,相同条件下9孔喷嘴的冲击坑体积约为单孔喷嘴的5倍、穿透深度约为单孔的1.5倍。在综合考虑冲击性能、经济成本等因素时,对于孔径为0.5 mm的单孔喷嘴,其最佳工艺参数为喷距20 mm、压强0.5 MPa;最后采用Fluent模拟了单孔喷嘴的冲击过程,得到的仿真结果与实验结果两者之间非常吻合。     

基于CFD的喷嘴结构对高压水射流反推特性的影响

喷嘴作为无人机新型射流反推弹射的重要元件,其结构参数对无人机弹射动态特性具有重要影响.以圆柱形、圆锥形和余弦形结构的喷嘴为研究对象,基于CFD建立不同结构喷嘴射流流动的数学模型,采用VOF多相流模型和k-ε湍流模型等对不同结构喷嘴射流流态进行数值模拟,获得不同结构喷嘴内外壁面的压力场、速度场分布,对比分析喷嘴结构特征和...     

超高压水射流盘式清洗装置工作效率试验研究

利用高速水射流的冲击动能,可以实现钢制结构表面除漆除锈的目的。通过理论分析并计算出影响清洗效率的主要参数的最优值,采用试验分析方法验证喷嘴孔径、单喷嘴靶距、射流压力等清洗参数的优选结果。根据最优清洗参数,进行清洗盘行进速度与压力对清洗效果的影响的试验;研究清洗盘工作时喷嘴的运动,提出一种清洗盘喷嘴布置结构设计,以及一种新型清洗盘工作的运动方式。     

硬岩掘进机高压水耦合破岩影响因素实验研究

硬岩掘进机(TBM)在硬岩甚至超硬岩段掘进时,采用高压水射流辅助破岩成为一种有效提高破岩效率的新的研究方向。由于高压水射流破岩受诸多因素影响,作用规律复杂,其破岩机理一直未能被准确揭示。主要利用正交实验方法研究水射流压力、喷嘴直径、喷嘴移动速度对破岩沟槽深度与沟槽宽度的影响,同时结合刀盘贯入度优化水射流压力、喷嘴直径、移动速度等关键参数,探索高压水射流与岩石耦合破岩规律,为进一步揭示破岩机理提供依据。     

淹没环境下高压水射流喷嘴的结构优化

为提高高压水射流在辅助大型沉井沉降施工中的效率,对水射流关键元件喷嘴进行选型和结构优化,要求射流具备高能量、低衰减特性。从4类回转形喷嘴中优选速度衰减小的喷嘴,确定合理的速度衰减研究指标,再结合尺寸参数设计正交实验,利用回归分析建立预测模型,可以确定各个尺寸参数对速度指标的影响程度。由高压泵站输入压力和流量确定喷嘴的最大直径,再由预测模型确定最佳喷嘴是出口直径2.8 mm、入口直径5.26 mm、收缩角为12.3°的锥形喷嘴。     

水气射流通风试验研究

试验设计的水气射流装置主要由集风器、射流管、水箱、高压水泵闸阀、供水管路、喷嘴及相关测量仪器组成。采用控制变量法进行实验研究,把水气射流装置的影响因素如入口水压、喷嘴口径、喉管长度分别作为自变因素,依次控制其中一个自变因素的变化,保持其它因素不变,测量应变因素吸风量的变化。试验结果表明:入口水压对吸风效果有很大影响;选择短喉管可以达到最佳的通风效果;选用实心螺旋喷嘴的吸风量最大,空心螺旋喷嘴的吸风量次之,直流喷嘴的吸风量最小。     

金属探测器在水射流切割中的应用研究

针对在高压水射流切割过程中可视性差,喷头极易与切割件产生硬性接触,造成损坏之问题。文中将金属探测器应用在高压水射流设备上,通过对金属探测器进行理论研究,使用等效阻抗法对金属探测器原理进行分析,选择适当的金属探测器调整参数后进行实验,最后检验了金属探测器安装在高压水射流切割设备并进行金属物件实际切割的效果,能够做到超前预警,从而保护了喷嘴,提高了作业效率。     

高压水射流靶物探测用喷嘴结构参数优化

高压水射流靶物探测技术是一项结合了高压水射流技术和声音信号分类识别技术的新的技术和研究方向,要实现高压水射流对靶物的有效探测,就必须得到具有合理有效的特征值的信号。其中喷嘴结构是影响特征值信号的一个重要因素,在选择工程上常见的、结构较为合理的4种喷嘴的基础上,利用计算流体力学软件Fluent对喷嘴内部流场做了数值模拟分析,并从反射声信号的角度给出试验判定。试验结果表明,出口直径为0.8mm的圆锥长直线型喷嘴产生的射流性能及射流束的聚集性都较好,有利于产生较好反射声音信号的特征值。