磨料射流辅助三翼钻头破岩实验研究

通过对磨料射流辅助三翼钻头破碎岩石的力学分析,理论上给出了提高钻进速度的依据,利用自行设计的磨料射流实验系统,采用收敛型喷嘴以不同泵压对预制水泥试件进行冲蚀实验,试验研究表明,在泵压及磨料浓度保持不变的情况下,随着冲蚀深度(靶距)的增加,磨料射流的破岩能力先增大后减小,呈抛物线型变化,存在破碎的最优靶距;随着试件硬度的增加,破岩速度减小,冲蚀深度减小,但破岩最优靶距没有变,同一靶距下,破岩速度变小;随着泵压的增大,磨料射流的最优靶距随之增大,最优靶距受喷嘴加速直线段长度的影响;通过致密砂岩的钻进对比实验得出,在同等扭矩及推力条件下,磨料射流辅助钻进的效率可以提高63.4%.     

淹没条件下自激振荡脉冲水射流冲蚀试验研究

为了提高射流的冲蚀能力,利用自制的自激振荡喷嘴,在淹没条件下进行水射流冲蚀自制砂浆试块的试验研究,得到不同工况下的水射流冲蚀效果.结果表明,靶距对冲蚀效果有明显的影响;脉冲射流的冲蚀体积与冲蚀深度随着腔长的增加,先降低再增加,到达峰值后逐渐递减,在腔长LC=4.5 mm时,冲蚀体积达到最大;在相同工况下,脉冲射流的冲蚀体积比连续射流提高约37.1％～52.3％.     

喷嘴偏心距对射流泵性能影响的数值模拟

对射流泵内部流动进行了数值模拟,计算了射流泵在不同喷嘴偏心距下的性能参数,分析了射流泵喷嘴轴线偏离泵体轴线的偏心距对其性能和流场的影响.结果表明:喷嘴偏心距对射流泵大流量比工况的性能有较大的影响,而对小流量比工况影响较小,可忽略不计;随着偏心距的增加,射流泵效率最高点下降并向流量比小的方向移动.在工程应用中,射流泵同轴度精度要求可以定为12级以上.     

基于Fluent自振脉冲射流腔体结构参数的数值优化

自激振荡脉冲射流可以有效提高深部煤岩破蚀效率.为设计破蚀煤岩效率较高的自激振荡脉冲射流发生装置,基于流体力学基本原理,利用Fluent软件对自激振荡脉冲射流进行数值模拟,分析不同的腔体结构对脉冲射流峰值速度的影响.采用大涡模型(LES)进行计算,通过数值模拟发现,自激振荡脉冲射流速度云图和压力云图符合涡旋碰撞理论和脉冲射流发生原理.在特定的参数(腔长L=4.5mm,腔径D=8mm,下碰撞壁收敛角α=120°,上下喷嘴直径分别为d_1=1mm,d_2=1.1mm)下,自激振荡脉冲射流峰值速度最大,为231.21m/s,相比于入口速度提高了92.68%,脉冲射流冲蚀效果较好.     

水力喷砂射孔喷嘴的数值模拟及试验研究

针对收缩型喷嘴内部结构长径比(直线段长度与直径的比值)严重影响出口射流的冲蚀性能这一关键问题,研究了喷嘴内部射流加速机理,得出长径比是影响喷嘴出口射流速度的最主要因素之一;针对工程中5吋套管常用喷嘴结构,选取不同喷嘴直径和直线段长度,利用FLUENT软件计算了35组模型(直线段长度为6~12 mm,直径为4~6 mm),结果表明:射流速度最大时喷嘴长径比存在一个最佳值,本次计算射流出口速度最大时长径比为1.8;实验室按照数值计算模型加工35个不同长径比喷嘴,利用粒子图像测速系统(PIV)进行非接触式试验,分析实验结果,揭示了长径比对喷嘴出口射流性能的影响规律,验证5吋套管常用喷嘴(总长度为17 mm、收缩角30°)出口射流最大时对应的长径比1.8,试验结果与数值模拟一致.     

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.     

仿生射流表面孔径与射流速度耦合减阻特性数值模拟

针对仿生射流表面流场问题,基于非光滑表面减阻的仿生学理论,对鲨鱼鳃裂部位射流特征进行分析研究,建立具有类似于鲨鱼腮裂部位射流特征的仿生射流表面模型及可拓模型.利用SST k-ω湍流模型对仿生射流表面模型进行数值模拟,在主流场速度为20 m/s时,分析了不同射流孔径与不同射流速度耦合情况对壁面摩擦阻力、压差阻力及减阻率的影响,并对仿生射流表面减阻机理进行分析.研究表明在射流孔为5 mm时与射流速度耦合情况下的平均减阻率最大,为11.566%,同时为仿生射流表面多因素耦合情况下的减阻特性研究奠定基础.     

一种合成射流压电微泵关键结构参数确定方法

为增大无阀微泵流量,改进合成射流微泵设计方法,设计一种基于合成射流压电激励器的微泵结构,并提出关键结构参数的确定方法.在合成射流激励器流场模拟结果基础上,绘制其轴线上的轴向瞬时速度变化曲线以及出口横截面上的轴向速度分布曲线,利用轴线上轴向速度稳定点以及出口横截面上轴向速度分布曲线的零点确定最佳泵腔高度和出口直径.对所选用的合成射流激励器流场进行三维数值模拟,结果表明:利用该方法得到微泵结构的最佳泵腔高度为7 mm,最佳出口直径为1.78 mm.在零背压下,当雷诺数为225、频率为100 Hz时,该合成射流微泵流量可达32.1 m L/min.数值仿真与实验对比验证了方法的可行性.利用该方法可以有效地确定该类微泵在大流量且连续稳定出流性能下的关键结构尺寸.     

喷嘴结构对空化水射流冲蚀能力的影响

为研究喷嘴出口流道形状对空化水射流冲蚀效果的影响,在自行研制的淹没射流冲蚀实验装置上,对自行设计的普通喷嘴、渐收-突扩喷嘴和渐收-渐扩喷嘴进行了空化水射流冲蚀陶砖试件的实验研究,得到不同喷嘴的射流冲蚀陶砖的冲蚀深度、冲蚀破坏面积和冲蚀填充铁粉质量随靶距和背压变化的规律.结果表明:渐收-突扩喷嘴和渐收-渐扩喷嘴的射流冲蚀...     

径向射流稀释特性数值模拟

对静水环境中的径向射流进行了模拟,湍流模型分别采用了Realizablek-ε模型和RNGk-ε模型.针对径向射流的中线流速沿径向的分布,将两种湍流模型的计算值与实验值进行了对比分析.结果表明,Realizablek-ε模型比较适合径向射流的数值模拟.然后利用Realizablek-ε模型对6种不同工况下静止环境中径向射流进行了数值模拟,得出了径向射流不同横截面上浓度分布、中线浓度衰减和射流浓度半宽沿程的变化等稀释特性的规律,并给出了相应的关系表达式,通过引入特征长度的概念,可使射流的无量纲中线浓度衰减和无量纲浓度半宽呈现出较强的规律性.     

Dynamic Characteristics of the Jet Force on the Flapper of the Pilot Stage in a Flapper Nozzle Servo Valve Under the Flow-Solid Interaction

Nowadays, more and more attention has been paid to improve the performance of the nozzle flapper servo valve. As a core part of nozzle flapper servo valve, the armature assembly is affected by electromagnetic force, jet force and feedback force at the same time. Due to the complex structure of the pilot stage flow field and the high jet pressure, the prediction of the jet force has always been difficult in modeling the transient motion of the servo valve. Whereupon, a numerical simulation method based on the flow-solid interaction(FSI) is applied to observe the variation of the jet force when the flapper is moving. Different parameters are employed to seek a suitable numerical simulation model which can balance the accuracy and computational cost. By comparing with the experiment results, the effectiveness of numerical simulation method in predicting the variation of the jet force and cavitation is verified. By this numerical simulation model, the distribution of flow field and the force on the flapper predicted by the moving and fixed flapper are compared. The results show that more dynamic details are achieved by the transient simulation. By analyzing the numerical simulation results of different inlet pressures and flapper vibration frequencies, the relationship between the movement of the flapper, the flow field distribution, the jet force and the inlet pressure is established, which provides a theoretical basis for the subsequent modeling of the armature assembly.     

水疗按摩喷头内部两相流流场的数值模拟

为详细了解水疗按摩喷头内的气液两相流流场,对喷头内部流场进行了数值模拟计算,并在数值模拟的基础上。分析喷头内流场的压力、速度、气相分布。找出原结构的不足。结果表明：进水管直角弯头处的压力和速度减小显示了管道方向的突然改变引起局部能量损失;根据数值模拟显示的负压区可指导设计进气管的最佳位置;气相分布显示,原进气管的非对称结构使气液混合不够均匀。将模拟计算结果与实验结果比较,证明数值模拟所用的计算模型是有效的,表明数值模拟可以用于喷头的结构设计指导。并为喷头的结构优化提供便捷的验证手段。     

Impingement capability of high-pressure submerged water jet: Numerical prediction and experimental verification

At jet pressures ranging from 80 to 120 MPa, submerged water jets are investigated by numerical simulation and experiment. Numerical simulation enables a systematic analysis of major flow parameters such as jet velocity, turbulent kinetic energy as well as void fraction of cavitation. Experiments facilitate an objective assessment of surface morphology, micro hardness and surface roughness of the impinged samples. A comparison is implemented between submerged and non-submerged water jets. The results show that submerged water jet is characterized by low velocity magnitudes relative to non-submerged water jet at the same jet pressure. Shear effect serves as a key factor underlying the inception of cavitation in submerged water jet stream. Predicted annular shape of cavity zone is substantiated by local height distributions associated with experimentally obtained footprints. As jet pressure increases, joint contribution of jet kinetic energy and cavitation is demonstrated. While for non-submerged water jet, impingement force stems exclusively from flow velocity.     

A new type of leak-floor flip bucket

Flip buckets are commonly used to discharge flow away from a hydraulic structure into the downstream to dissipate energy.A new leak-floor flip bucket is presented,making the ski-jump water jet a typical long-narrow nappe.Based on the model experiments and numerical simulation,the flow pattern,formation process and mechanism of the leak-floor flip bucket are studied.The results show that cross section flow shape develops from the"Y-type"to"|-type",and this is because the natural pressure difference is generated when water flows through the leak-floor area and moves transversely from both sides to the center.Different from the slit-type flip bucket with sidewall contraction,the leak-floor flit bucket makes the water jet narrow and long without high pressure on the side walls of the flip bucket.Under the same jet length condition,the maximum sidewall pressure of the slit-type is 4.67 times that of the leak-floor flip bucket.The effects of flow discharge on the jet length are less significant for the leak-floor bucket than for the slit-type bucket.     

高压除鳞喷嘴内部流场数值模拟与仿真分析

针对目前工厂广泛使用的高压除鳞喷嘴，应用前处理软件Gambit建立其内部流场的三维模型，采用Fluent软件提供的Laminar层流模型对不同结构参数的喷嘴内部不可压缩、稳态、层流流场进行了数值模拟，并分析了各参数对其流场速度分布、压力分布和出口轴心速度的影响。仿真值与理论计算值十分接近，数值模拟结果表明，喷嘴收缩角和直径对其内部流场影响较大，而扩张角对其内部流场影响相对较小，但各参数都存在最优值，且各参数之间也存在着最优搭配使射流打击效果最好。     

基于FLUENT的人工淹没射流喷嘴流场仿真

根据Fluent流体仿真软件和人工淹没射流喷嘴内流场的特点,基于流体力学基本理论,对人工淹没射流喷嘴进行了仿真研究。通过数值模拟计算,得到了人工淹没射流喷嘴的压力分布云图和速度分布矢量图和静压力分布图等。模拟结果表明,在人工淹没射流喷嘴的圆柱段存在速度最大值,射流在圆柱段出口处与周围的水产生了强烈的剪切作用,出现了流速不均匀和脉动现象,再加上圆柱段出口端明显的负压区,这些都为空化作用的产生提供了有利条件。     

横流中紊流射流的三维数值模拟

从空间平均的非恒定三维不可压缩Navier-Stockes方程出发,采用Smagorinsky涡粘性模型模拟湍流,对横流中的射流进行了数值模拟.数值计算中采用了原始变量法,偏微分方程组的空间离散采用Galerkin有限元法,时间离散则采用半隐式.结合水槽实验,对比分析了无浮力和存在浮力两种流动情况下的射流流速场、射流轨迹线以及轨迹线上的流速.计算结果与PIV的实测流场比较表明,计算基本反映了实际的射流流动特点.计算与PIV实测流场得到的射流轨迹线基本一致,轨迹线上的流速两者相差一般在5%左右.     

快背式MIRA模型射流主动控制气动减阻研究

利用CFD仿真软件STAR-CCM+,对类车体MIRA模型的尾流场进行仿真研究。采用主动控制减阻技术的流动控制方式, 应用定常射流的方式控制尾流场的流动结构,探讨射流减阻的减阻措施。使用雷诺时均法SST k-w湍流模型对快背式MIRA模型尾部流场进行数值仿真,对尾部各个可能减阻的位置做了研究,找到最好的减阻工况,并分析了尾部涡流的变化,发现通过控制模型尾部的分离涡,可以改变车体的压力大小,从而减小模型的压差阻力,实现减阻的目的。