低压大流量自激脉冲清洗喷嘴内部气液两相流数值模拟

对自激脉冲发生的物理过程进行分析，采用气液双流体理论，考虑圆孔射流的轴对称性，耦合振荡腔内的空化模式，建立二维非定常气液双流体模型的控制方程.采用气液两相流SIMPLE解法，对低压大流量自激脉冲清洗喷嘴内部气液两相流进行数值模拟，追踪振荡腔内空化的演变过程，解释低压大流量自激脉冲射流的发生机理.     

自激脉冲发生机理数值模拟及参数影响分析

为了揭示低压大流量下自激振荡脉冲射流清洗的脉冲发生机理，研究了这种工况下喷嘴结构和运行
参数的优化设计范围.通过给出一种应用于大型工业油罐罐底油泥清洗的新型喷嘴结构型式，比较了在低
压大流量工况下该喷嘴脉冲的发生机理、表现形式、分析方法与高压小流量情况下存在的差异.用计算流
体力学（CFD）软件对自激振荡腔内压力场进行数值研究，并对影响频率特性的结构和运行参数进行了逐
一分析，获得了喷嘴的结构参数和运行参数的优化配比范围.结果表明，在低压大流量工况下，空化汽囊
的周期性变化是产生脉冲射流的根本原因，得到的优化参数可直接应用于指导低压大流量自激喷嘴的工业
设计.     

新型自激振荡脉冲射流影响因素

基于混合模型，对空化模型进行改进，建立适用于新型自激振荡脉冲射流喷嘴内高速射流场模拟的二维非定常空化模型的数值方程，分析了喷嘴结构参数和运行参数对自激振荡脉冲效果的影响．通过对上喷嘴直径为6．68mm的低压大流量自激振荡脉冲射流系统的试验，得到了其结构参数的最佳配比关系，同时应用Fluent软件进行了数值模拟，计算结果与试验结论基本一致．     

低压大流量自激式脉冲射流喷嘴装置性能参数试验研究

通过试验对低压大流量自激式脉冲射流喷嘴装置主要性能参数(结构参数和运行参数)进行了系统研究,得出了低压大流量自激式脉冲射流装置最佳结构参数和运行参数的范围,设计的高性能自吸气式自激脉冲射流喷嘴装置在淹没条件下能够有效提高射流打击力.     

新型自激振荡脉冲射流影响因素

基于混合模型，对空化模型进行改进，建立适用于新型自激振荡脉冲射流喷嘴内高速射流场模拟的二维非定常空化模型的数值方程，分析了喷嘴结构参数和运行参数对自激振荡脉冲效果的影响.通过对上喷嘴直径为6.68?mm的低压大流量自激振荡脉冲射流系统的试验，得到了其结构参数的最佳配比关系，同时应用Fluent软件进行了数值模拟，计算结果与试验结论基本一致.     

脉冲水气射流的破岩实验研究

利用脉冲水气射流喷嘴在振荡腔内引入空气,与自激脉冲射流掺混形成脉冲水气射流;当泵压为7．5MPa时,进行了2组冲蚀实验,冲蚀抗压强度为6．9MPa的混凝土,第一组实验分析了不同腔长对脉冲水气射流和脉冲射流冲蚀效果的影响,第二组实验分析了不同开孔孔径下脉冲水气射流的冲蚀效果。实验结果表明：泵压一定时,在合适的腔长下,脉冲水气射流比脉冲射流的破岩效果好,且存在一个最佳进气方式使脉冲水气射流的破碎体积最大。     

自振脉冲气液射流振荡及其冲蚀煤岩效应

为提高射流利用率,提出一种基于自吸渗气方法的自振脉冲气液射流,基于水声学与流体动力学理论建立其频率模型,并通过考察射流冲击作用下等强度悬臂梁振动的加速度变化规律分析射流频率特性,继而以煤岩体为试件检验射流冲蚀效果.结果表明,自振脉冲气液射流的振荡频率随含气率α上升在初始段急剧衰减,在α=0.5达到极小值;射靶实验表明脉冲气液射流振荡频率随腔长L增加呈递减趋势,而加速度随无量纲腔长变化在L/d1(d1上喷嘴直径)≈2.2出现一极大值,且极值点位置较自振脉冲水射流(L/d1≈2.5)左移;煤岩冲蚀实验显示脉冲气液射流最大冲蚀体积较自振脉冲水射流提高约44%,且两者极值处对应的腔长与射靶实验结果极为接近.     

自激脉冲射流装置结构参数的无量纲研究

运用无量纲分析法,对一定入口条件下自激脉冲射流装置主要结构参数对无量纲打击力的影响进行了实验研究,得到了无量纲打击力随各结构参数配比的变化规律,确定了自激脉冲射流装置无量纲结构参数的优化范围.实验结果表明,当入口条件一定时,存在获得较好打击效果的喷嘴面积比和腔长范围;腔径一定时,无量纲打击力随腔长的增大而减小;腔长对自...     

壅塞空化器设计及其处理污水的可行性研究

在分析直管中气液两相混合流的壅塞空化现象,射流泵发生极限工况时的壅塞空化现象,经过倒角的圆柱管在定常和非定常流动下的壅塞空化现象,在阶梯圆管中的稳态绝热闪蒸流中的壅塞空化现象的基础上,提出了一种新型的空化器——壅塞空化器;通过采集分析空化噪声和处理模拟污水(苯酚溶液)的实验,对壅塞空化器在污水处理应用中的可行性进行了初步研究。实验结果表明:壅塞空化器模拟处理污水的效果较好,其空化能量比振荡腔喷嘴高,从而为国内外研究空化发生器开辟了一条新途径。     

振荡器引入扰动的实验研究

通过实验研究了影响振荡腔室产生自激振荡的主次因素,在实验条件下对流体振荡器进行了比较和优选,在此基础上进行引入扰动的实验研究,试图为钻头内腔设计提供新的思路,尤其是为小尺寸钻头水力系统设计提供实验依据,同时也试图探索流体自激振荡增压的新途径。实验中采用了我们自行设计的可更换式振荡腔,它具有５０ｍｍ～７０ｍｍ三种腔径,腔长可无级调节,实验是在清水淹没无回压条件下进行的。在淹没非自由射流条件下,采用在振荡器侧面钻孔的方式引入扰动,测量振荡器出口射流的冲击压力,对实验结果进行波形分析和频谱分析。实验表明,引入扰动可以改变,甚至在一定条件下可以改善振荡器特性,设计大功率振荡器,产生自激增压,形成强有力的脉冲射流。     

低压自激脉冲射流装置频率设计

自激脉冲喷嘴是一种利用流体内部特性产生脉冲效果的装置,因此其打击力、频率、振幅等效果参数受到运行参数和结构参数的影响,为得到影响自激脉冲效果的重要参数,探索自激现象产生的内在机理,利用Fluent软件对工作压力、上喷直径、腔径、腔长4个因素进行了3水平共计24组实验,并利用JMP软件对打击力、频率和振幅进行了定性分析,得出本次实验的最佳结构配比,通过腔体内部流场分析进一步完善了空化产生的机理,并对结构做出一定优化,提高了自激效果.     

自激振荡脉冲射流机理探讨

回顾了在自激振荡脉冲射流的研究概况,在此基础上应用流体网络理论中含负阻元件的电子线路,简化自激振荡脉冲射流（简称自振脉冲）的物理模型,在比拟的基础上建立数学模型。在讨论非线性方程解的过程中,采用现代自组织的有关理论分析了脉冲射流的形成机理。由于系统本身的复杂性和模拟的近似性,要了解在什么条件下才能形成稳定的耗散结构和稳定频率,可能要在线性比拟前提下采用更为复杂的比拟电路,更多地依赖于完善的实验研究。在实验研究和分析中要特别注意自激振荡的非线性特征,这与以往的研究有明显的区别。     

双吸离心泵叶轮空化流动预测的数值分析

基于CFD数值模拟和外特性试验并重的方法,结合RNG k-ε湍流模型、欧拉两相流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型,采用非结构化网格和SIMPLEC算法,对一台单级双吸泵内的空化流场特性进行多工况下的定常数值研究,得到以下主要结论:不同流量泵内部空化发展速度不同,小流量发展速度较慢,各阶段空化数相对较小,大流量时空泡发展速度更快;液体流经双吸式叶轮结毂处与双涡壳隔板起始端时会产生液体之间或液体与固体之间的相互作用,导致流体液流角发生变化,出现脱流与漩涡,使这些位置及附近区域由于能量耗散造成压力减小,进而导致空泡析出;此现象在0.6Q_d工况下最明显,说明小流量工况液流角更易发生变化。     

Experimental and numerical study on the flapping motion of submerged turbulent plane jet

A submerged,vertical turbulent plane water jet impinging onto a free surface will be self-excited into a flapping oscillation when the jet velocity,leaving the jet orifice,exceeds a critical value.The flapping phenomenon was verified simultaneously in this paper by laser Doppler velocimeter measurement and numerical analyses with volume of fluid approach coupled with a large eddy simulation turbulent model.The general agreement of mean velocities between numerical predictions and experimental results in self-similar region is good for two cases:Reynolds numbers 2090 and 2970,which correspond to the stable impinging jet and flapping jet.Results show that the flapping jet is a new flow pattern for submerged turbulent plane jets with characteristic flapping frequency,and that the decay of the mean velocity along the jet centerline is considerably faster than that of the stable impinging state.     

超声辅助抛光流场规律CFD仿真分析

为探究超声辅助抛光的作用机理,利用FLUENT非稳态动网格湍流和离散相模型并结合mixture的空化模块,仿真分析不同超声振动参数对流场绝对压强、流速和气含率分布的影响以及各参数间存在的相互作用规律.仿真结果表明:超声空化作用主要集中在试件正下方的小范围区域内,即试件的有效加工区域,进而可以确定流场所需最小膜厚;流场绝对压强、速度等参数一个周期内出现两次峰值,周期内气泡长大后受压溃灭过程分为两个阶段,表明超声振动下流场存在二次空化现象,二次空化在抛光过程中强化了空蚀效应;周期变化过程中,流场同一位置的不同参量、同一参量在不同位置与超声的周期性振动间均存在不同程度的滞后现象;超声振动使流体内产生超声纵波,遇到抛光盘发生反射并伴随半波损失;膜厚足够大时,则会形成驻波,试件表面处振幅最大,有利于提高超声辅助的抛光效果;利用有效加工区域和驻波现象可以使试件加工效果达到最优,二次空化和滞后现象有助于揭示超声辅助抛光过程的作用机制和规律.     

水翼非定常空化流场的数值模拟

采用修正的RNGk-ε湍流模型对8°攻角NACA0015水翼的非定常二维空化流场进行数值模拟,分析当空化数分别为1和1.5,对应雷诺数为3×105时绕翼型的非定常流动,得到不同空化数下的非定常空化流场结构及其演化过程的流动特性.计算结果表明,回射流在空泡的形成和发展过程中起着重要的作用.空泡首先出现于水翼的前缘,在其产生的位置形成一个顺时针的漩涡,漩涡沿水翼上表面向下游移动.空泡逐渐长大并脱落,在不同空化数下,空泡脱落的位置不同.空泡形成和发展过程中均伴有压力的波动,大空化数流场的压力波动幅度和频率都明显高于小空化数流场.     

Experimental Observations of Cavitating Flows Around a Hydrofoil

The cavitation around a hydrofoil is studied experimentally to shed light on the multiphase fluid dynamics. Different cavitation regimes are studied by using high speed visualization and particle image velocimetry(PIV). As decreasing the cavitation number, four cavitating flow regimes are observed: incipient cavitation, sheet cavitation, cloud cavitation, and supercavitation. From the incipient cavitation to the cloud cavitation, bubbles become more and more. Phenomena with large-scale vortex structure and rear re-entrant jet associated with the cloud cavitation, and subsequent development in the supercavitation are described. The velocity in the cavitation regions in the different cavitation conditions is low compared to that of the free stream. The large velocity gradient is also observed in the cavitating flow region near the surface of the hydrofoil.     

Validation of dynamic cavitation model for unsteady cavitating flow on NACA66

Unsteady cavitating flow is extremely complicated and brings more serious damages and unignorable problems compared with steady cavitating flow.CFD has become a practical way to model cavitation;however,the popularly used full cavitation model cannot reflect the pressure-change that the bubble experiences during its life path in the highly unsteady flow like cloud cavitating.Thus a dynamic cavitation model(DCM)is proposed and it has been considered to have not only the first-order pressure effects but also zero-order effect and can provide greater insight into the physical process of bubble producing,developing and collapsing compared to the traditional cavitation model.DCM has already been validated for steady cavitating flow,and the results were reported.Furthermore,DCM is designed and supposed to be more accurate and efficient in modeling unsteady cavitating flow,which is also the purpose of this paper.The basic characteristic of the unsteady cavitating flow,such as the vapor volume fraction distribution and the evolution of pressure amplitude and frequency at different locations of the hydrofoil,are carefully studied to validate DCM.It is found that not only these characteristics mentioned above accord well with the experimental results,but also some detailed transient flow information is depicted,including the re-entrant jet flow that caused the shedding of the cavity,and the phenomenon of two-peak pressure fluctuation in the vicinity of the cavity closure in a cycle.The numerical results validate the capability of DCM for the application of modeling the complicated unsteady cavitating flow.     

Effect of cavitation on comminution of mica powder

The cavitation abrasive water jet was used in the comminution of mica.By applying a cavitation nozzle in the abrasive water jet system to enhance the effect of cavitation and friction,better comminution results were obtained.The JME-200CX transmission electron microscope was used for observing the size distribution of particles.As using cavitation abrasive water jet,the relative comminution effect is raised by more than 25% compared with using abrasive water jet oly.It can be concluded that the effect of cavitation is much more significant than that of impacting in the comminution of mica.