低压大流量自激振荡脉冲射流喷嘴结构参数优化研究

通过对上喷嘴直径分别为8mm和10mm的低压大流量自激振荡脉冲射流喷嘴系统的试验研究得到了其结构参数的最佳配比关系，并与以往高压小流量自激振荡脉冲喷嘴优化的结构参数配比相比较，阐明了引发差异的原因。试验结果对自激振荡脉冲射流喷嘴结构的设计具有指导意义。     

自激振荡脉冲射流喷嘴的修正空化模型

根据自激振荡脉冲射流喷嘴中的空化发生机理,一种考虑剪切力(包括雷诺剪切力和粘性剪切力)和由湍动能产生的压力脉动对空化影响的修正空化模型被提出来提高喷嘴内流场的模拟精度。修正空化模型通过用户自定义函数UDF挂入到Fluent中定义空化压力属性。采用该修正空化模型模拟计算所得到的不同入口压力和腔径条件下的喷嘴出口压力峰值与以往的实验结果吻合得很好,验证了该修正空化模型的正确性。进一步对剪切力和由湍动能产生的压力脉动对空化的影响进行了分析,并且研究了不同入口压力条件下这两个因素对空化发生的影响的强弱程度以及空化初生的能力。     

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。     

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)°。     

自激振荡磨料射流原理及切割实验研究

综合前混合式磨料射流与自激振荡水射流的优点,提出了自激振荡磨料射流,并从理论上研究了自激振荡磨料射流喷嘴的结构及工作机理。研究表明,自激振荡磨料射流的最大钻孔速度,切割深度分别比前混合磨料射流提高了４１％和３４％。     

自激振荡脉冲水射流喷嘴数值模拟及实验研究

自激振荡腔室是产生自激振荡脉冲射流的重要条件.为研究自激振荡腔长度对喷嘴输出射流特性的影响,采用标准k-ε方程模型,基于ANSYS建立喷嘴物理模型,分析不同腔长下流体结构特征并将其与实验结果比较.结果表明存在一最佳振荡腔长度6.9mm,使得振荡腔内平均压力及流体轴线速度达到最大;此外,当振荡腔长度小于16mm时,对应腔内压力呈负压状态.通过对腔内压力的实验数据采集及分析,验证了数值模拟结果的合理性与有效性.     

结构参数对自激振荡脉冲射流固有频率特性的影响

运用流体网络理论建立了自激振荡脉冲射流装置的相似网络模型,分析了振荡射流喷嘴结构参数对喷嘴固有频率特性的影响规律,给出了喷嘴的设计原则。     

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。     

基于剪切涡流运动的自激振荡脉冲射流减阻特性

流体运动特性对管道近壁面阻力变化有重要影响。以速度梯度和切应力线性表示壁面摩擦阻力,分析了自激振荡腔室出流管道剪切涡流演变规律及圆截面涡流层次分布状态变化。采用大涡模拟数值方法,计算得到出流管道某轴切面及法向面的瞬时速度和平均速度、不同上下游管径比下出流管道的壁面切应力以及不同长径比下出流管道的法向速度梯度。研究结果表明:自激振荡脉冲射流流动受反向助推涡影响具有强烈三维特性,射流流型呈现"波浪式"运动且发生周向偏转,射流流速及流型均发生周期性波动变化;当自激振荡腔室上下游管径比大于1时,出流管道壁面切应力开始减小,且随腔室上下游管径比增大,切应力缩减率最大达到约30%,壁面摩擦阻力随之减小;自激振荡腔室长径比在0.55时射流最大法向速度梯度波动幅值达到最大,当长径比继续增大时,出流管道内射流法向速度梯度逐渐减小,摩擦阻力亦随之减小。研究结果可为自激振荡脉冲增输装备设计及优化提供理论基础与科学依据。     

自激振荡脉冲磨科水射流的研究

对自激振荡脉冲磨料水射流进行了大量的理论和实验研究，并与前混合磨料水射流进行了对比实验。结果表明，自激振荡脉冲磨料水射流具有很好的发展和应用前景。     

自激振荡脉冲磨料水射流的研究

对自激振荡脉冲磨料水射流进行了大量的理论和实验研究 ,并与前混合磨料水射流进行了对比实验。结果表明 ,自激振荡脉冲磨料水射流具有很好的发展和应用前景。     

前混合式磨料射流喷嘴的磨损试验研究

在试验中利用水流量变化表示喷嘴磨损程度，研究了压力、磨料浓度对喷嘴磨损的影响，归纳了半经验公式。     

双腔室自激振荡脉冲喷嘴空化射流外部流场的数值模拟

以单腔室自激振荡脉冲喷嘴为基础,采用串联方式建立双腔室自激振荡脉冲喷嘴,应用FLUENT软件对其外部流场进行数值模拟,分析入射压力、靶距、腔长比、腔径比的改变对外部流场的影响。结果表明:当入射压力在1.1 MPa～4.4 MPa间变化时,空化程度随着压力增大而减小,同时压力每增加一倍时,靶面处最大速度增长约20～76 m/s;当靶距在100 mm～400 mm范围内变化时,空化程度随靶距增大而增大,但当靶距达到400 mm时,会因靶距太远气泡在空中溃灭空化程度骤减;当腔长比为0.67时或腔径比为1.2时,腔室内的涡环结构对称性好,有利于脉冲和空化的产生;同时具有较高的动能,当腔长与腔径同时取最佳值时,脉冲性最佳具有较好的清洗效果。     

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。     

水力喷射径向水平井射流钻头优选试验研究

射流钻头的破岩性能对井眼深度和大小有重要影响。本文对径向水平井常用的2种射流钻头——多孔喷嘴和混合射流喷嘴采用室内试验的方法对它们的破岩规律和破岩性能进行了分析和对比。结果表明,冲击时间、喷嘴压降、喷距和围压对2种喷嘴破碎效果的规律基本相同,混合射流喷嘴的最优喷距不明显,多孔喷嘴的最优喷距为5～6倍喷嘴当量直径,多孔喷嘴的破岩性能要优于混合射流喷嘴,同时混合射流喷嘴在破碎孔径大小方面优于多孔喷嘴。本文可以为水力喷射径向水平井射流钻头的选择提供试验依据。     

基于VOF模型的自激振荡型喷嘴CFD仿真

普通喷嘴喷出的水柱是直线型的,在普通喷嘴中加入倒U型和三角形结构,就能够使得喷嘴喷出来的水柱呈现振荡形式。利用多相流VOF（Volume of Fluid）模型模拟内建振荡结构的喷嘴的喷射流动过程,CFD仿真结果显示,喷嘴喷射的水柱呈现上下摆动的状态,和真实情况相吻合。     

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。     

自激振荡型气动喷嘴的实验及数值模拟研究

设计并加工了一种自激振荡型气动喷嘴,通过开展实验研究,探讨了该喷嘴的无量纲结构参数长径比、腔径比以及运行参数对自激振荡效果的影响。运用延迟分离涡模拟方法,对自激振荡型喷嘴的内外流场进行了非定常数值模拟研究,揭示了自激振荡脉冲射流的产生机理。结果表明:内置特定空腔结构的气动喷嘴可以实现出口压力的高频振荡,实验工况范围的最优参数组合为长径比、腔径比,振荡频率达10⁴数量级,振荡的标准差离散系数的范围为0.02～0.36。非定常计算结果表明,喷嘴空腔内锐边结构对高速射流剪切,造成不稳定涡系周期性产生、迁移和湮灭是喷嘴内外流场压力振荡产生的根源。     

脉冲空化多孔射流钻头的结构设计研究

在多孔射流钻头的基础上,设计了脉冲空化多孔射流钻头,分析了其工作原理:当流体冲击叶轮高速旋转时,可对侧向孔眼入口处的流场产生有规律性的扰动,形成脉冲射流;同时,高速旋转的叶轮可以降低叶轮附近流体的局部压力,可产生许多微小空泡,夹杂在射流中形成空化射流。同时形成的2种射流进而耦合成脉冲空化射流。并利用流体力学和机械设计理论对射流钻头本体、叶轮轴和叶轮的结构参数进行了研究,研究结果可为脉冲空化多孔射流钻头结构设计提供依据。