自激振荡脉冲射流喷嘴的试验研究

主要对实验室实验(振荡腔内流体压力的测定;非淹没射流条件下的实验分析;在淹没和非淹没条件下自激振荡脉冲射流的冲蚀效果;碰撞壁碰撞区域的磨损对自激振荡脉冲射流的影响等)及工业现场实验的主要结果作系统介绍。     

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。     

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。     

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。     

基于自激振荡脉冲效应的雾化喷嘴出口流道空化特性研究

喷嘴结构及射流运动参数对液体空化流动状态有重要影响。基于空化泡溃灭的雾化机理和自激振荡脉冲喷嘴出口流道空化过程,分析空化效应对自激振荡脉冲射流雾化效果的影响。依据自激振荡脉冲雾化喷嘴结构,分析射流来流速度和脉动压力对喷嘴出口流道空化效应的影响,提出利用来流雷诺数和脉动特征值表征喷嘴出口流道空化程度,并根据自激振荡脉冲喷嘴有限元分析得到喷嘴出口流道较好空化状态的来流雷诺数和喷嘴腔室长径比。研究结果表明:当来流雷诺数在2.14×10~5~3.05×10~5内逐渐增大时,自激振荡脉冲雾化喷嘴出口流道液相体积分数先减小后增大,相应的空化程度先增大后减小。雷诺数在2.44×10~5~2.75×10~5内可以使喷嘴出口流道形成较好空化效应,尤其在2.44×10~5附近时喷嘴出口流道出现最好的空化状态;脉动特征值与喷嘴出口流道处脉动压力幅值差成正比,随着自激振荡脉冲雾化喷嘴腔室长径比增大,脉动压力幅值差值先减小后增大。当喷嘴腔室长径比为0.60~0.70时,喷嘴出口流道空化状态较好。计算结果为自激振荡脉冲射流雾化喷嘴设计提供了理论依据。     

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.     

气体和液体压强对造雪机喷嘴雾化性能影响的仿真分析

为研究水压和气压对一种造雪机喷嘴雾化性能的影响,文中采用流体仿真的方法,建立喷嘴的三维模型,对喷嘴流域进行简化处理,通过改变喷嘴气体和液体的入口压力,运用多相流中的volume of fluid(VOF)模型和realizable k-ε模型对双流体喷嘴内流场速度进行仿真分析。由于压缩空气增加了液膜的不稳定性,利用离散相模型(DPM模型)对喷嘴外流场进行模拟雾滴的雾化情况,比较不同气、液压强下雾滴的索特平均直径(D_sm),并对结果进行分析。研究结果表明,在液体压强相同的情况下,随着气压的增大,喷射出雾滴的D_sm会出现总体减小的趋势;在气体压强相同的情况下,随着水压的增大,外流场雾滴的D_sm随着水压的增大出现增大的趋势。雾滴的D_sm受气液压强比n的影响,当n=1～2时D_sm下降幅度最大,下降幅度达到65%;当n=2～6时D_sm下降幅度较小,下降幅度达到35%,当n=1.167时,D_sm达到最大值37.63μm;n=6时,SMD达到最小值...     

气液同轴自激振荡式雾化喷嘴设计与流场分析

利用气液两相作用力和自激振荡效应产生的脉冲压力能够有效提高喷嘴雾化效果。基于气液二相流原理和自激振荡脉冲射流发生机理,将气液二相流原理和自激振荡雾化效应相结合,创新性地提出了气液同轴自激振荡式喷雾方式,设计出了气液同轴自激振荡式雾化喷嘴模型,并分析了新型喷嘴的射流脉动效果和雾化性能。研究结果表明:增加气液同轴后自激振荡雾化喷嘴内部的能量聚集与释放相比以前更加稳定;在相同条件下,相比原始自激振荡雾化喷嘴,气液同轴自激振荡雾化喷嘴出口轴线上速度脉动增长大约13.9%~31%,出口平均速度峰值提高了约24.3%,流场内部气相体积分数增长约23%~30%;气液同轴自激振荡雾化喷嘴内空化现象明显,流场内的紊流和扰动剧烈,具有良好的雾化性能。     

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。     

离心式喷嘴雾化特性的数值模拟

采用数值模拟的方法,对航空发动机的燃油喷嘴进行研究,模拟不同情况下喷嘴内部的气液两相的流动状况,得到了流量与压力和喷雾锥角的关系,计算结果和试验数据吻合较好,为离心喷嘴的设计和试验提供了可靠的数值计算模型。     

喷油嘴微孔磨粒流抛光数值模拟与试验

以喷油嘴喷孔为研究对象,采用kε固液两相Mixture湍流模型对磨粒流抛光过程中流场分布规律进行数值模拟,并通过正交试验探索了抛光压力、磨料浓度、磨粒粒径及加工时间等工艺参数对被抛光微孔表面粗糙度的影响规律。结果表明：喷油嘴微孔磨粒流单向循环抛光加工有利于改善喷孔结构;流道表面粗糙度与各加工参数均成负相关关系,且受抛光压力及磨料浓度影响显著。通过试验获得了最优参数组合,在此条件下喷油嘴微孔表面粗糙度值(Ra)由初始的1.16μm降至0.20μm。     

基于VOF模型与动网格技术的油气悬架气液两相流数值模拟

针对某型大吨位矿用自卸车油气悬架为油气两相相互接触的特点,拟从多相流数值仿真的角度对其非线性刚度阻尼特性进行分析。首先,在探讨了现有多相流建模方法适用性、湍流模型适用性的基础上,结合VOF模型和动网格技术,在Fluent软件中建立悬架的气液两相流模型,并采用UDF方法对两相流模型的边界运动形式进行预定义。其次,模拟了悬架拉伸和压缩状态下的内部瞬态流场特性,得到不同时刻相应流道中的速度和压力云图,提取出气室内压力的变化以及悬架内因阀系结构而产生的压力差的变化,进而计算得到其刚度和阻尼特性曲线。再次,将所求力学特性曲线通过Spline函数导入ADAMS/View中,建立了某型矿用自卸车的多体动力学模型,开展了随机道路平顺性仿真分析,并借助实车道路振动测试验证了仿真结果的准确性。最后,通过两相流仿真分析了阻尼孔倒圆大小、开孔角度、不同单向阀开度对悬架阻尼特性的影响。     

基于FLUENT的后混合磨料水射流喷嘴内流场的数值模拟

以后混合磨料水射流喷嘴为研究对象,基于多相流动的欧拉模型,应用FLUENT流体分析软件对几种典型后混合磨料喷嘴的内流场进行数值模拟和仿真,得到压力分布、速度分布、湍流能量分布.结果表明:喷嘴内由于涡旋的形成损耗了部分能量,使得射流出口速度和动能明显降低;存在一个最优圆柱长度使得磨料出口速度达到最大值,其长度为喷嘴出口直径的23～37倍时,磨料得到最高的出口速度;喷嘴内流体紊动能的分布主要集中在喷嘴近壁区和几何形状变化较大的区域.     

气液两相喷嘴等温流动模型

通过对Rundinger气液两相喷嘴流动模型计算机求解发现,大载荷比两相喷嘴流动中液体和气体的温度基本相等且与入口温度相同,从而提出等温流动假设,并对其合理性进行理论分析.得到一种适合于大载荷比的气液两相喷嘴简化等温流动数学模型,并对喷嘴参数和性能的影响因素进行研究.将该数学模型与Rudinger模型进行理论计算和试验比较,发现在大载荷比时两个模型计算结果和试验数据非常接近.     

前混合磨料射流喷嘴内流的数值模拟研究

基于多相流动的拉格朗日离散相模型，应用FLUENT软件对前混合磨料射流出口带圆柱段的圆锥收敛形喷嘴内部等温、不可压缩、稳态、液固湍流进行了数值模拟。连续相采用三维不可压缩稳态雷诺时均N-S方程，湍流模型采用标准的肛￡模型，代数方程组采用分离解方法，通过SIMPLE算法求解压力速度耦合；离散相采用拉格朗日方法追踪颗粒运动轨迹；收敛残差为10^-4。给出了颗粒初始位置对颗粒的运动速度和运动轨迹的影响规律，数值模拟结果对前混合磨料射流喷嘴的优化设计和工程应用具有很好的指导意义和参考价值。     

离心式喷嘴制造误差对其雾化的影响研究

一旦离心式喷嘴结构尺寸和工作条件被确定下来,喷嘴的制造误差则成为影响喷嘴特性及雾化质量的主要因素。以喷嘴典型制造误差为研究对象,利用FLUENT软件,基于VOF(Volume of fluid)方法对喷嘴流场进行三维数值模拟。通过对计算结果的分析,得出了制造误差对喷嘴流量以及雾化角的影响规律,为喷嘴制造工艺优化和关键过程控制提供参考。     

航空发动机轴承腔内两相流动数值模拟

主轴承腔作为航空发动机润滑系统油气两相流的重要区域,腔内的高温高乐及其回油特性对润滑系统的性能都有很大影响.利用VOF数值计算模型对某航空发动机轴承腔简化模型内油气两相流进行数值计算,将两相之间表面张力作为源项添加到动量方程中,并依据实际情况添加壁面黏附模型,计算结果与现有实验数据符合良好.分析几种工作参数下润滑油相界面的差异及其因为,研究腔压及回油油气体积比随转子转速及润滑油流量的变化规律.结果表明:腔内的压力沿周向在出口处附近较低,并且随着转子转速或润滑油流量的增加而增大;回油孔出口处油气体积比随润滑油进口流量增加而增大;当润滑油进口流量一定时转子转速增大不利于回油.     

旋流片对喷嘴流场特性影响的数值研究

以水为流体介质,建立了旋流喷嘴的计算流体动力学模型.通过调整旋流喷嘴旋流片的螺旋升角和通流面积等结构参数,对喷嘴雾化的压力、速度场进行计算,推导了喷嘴的雾化角,从而研究旋流片对喷嘴流场特性的影响.将数值模拟的结果与试验结果进行对比,两者基本吻合.验证了数值计算方法的正确性,对旋流喷嘴的设计具有指导意义.     

模具内腔磨料悬浮液流动特性的数值模拟

为考察超声抛光悬浮液中的多相流复杂流动情况,首先建立了动力学模型,然后利用数值模拟对其内部进行流体分析,揭示其复杂的内部流动过程,为新型抛光设备的设计研发提供理论指导。