磨料水射流钻头喷嘴设计与试验研究

提出利用磨料水射流钻头解决在硬岩中钻孔速度慢的问题.通过磨料水射流钻头工作原理分析得出喷嘴结构制约了冲孔速度,是决定钻头破岩效率的关键因素.运用均匀设计法和Fluent数值模拟对影响冲孔速度的主要参数进行了研究,确定了磨料水射流钻头喷嘴的最优结构参数和实验参数,得出了喷嘴结构参数与泵压和磨料浓度之间存在交互作用.实验室岩石钻进实验表明,优化后的磨料水射流钻头硬岩钻进速度是原三翼钻头的5.6倍,是对照组1的1.25倍,是对照组2的1.18倍,表明在硬岩中钻进具有显著优越性.     

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...     

基于数值仿真的可逆流体转换器的优化设计方法

为得到可逆流体转换器(RFD)喷嘴型式及锥角、对称关系、吸水室型式等结构关系的优化结果,采用三维定常流数值模拟对RFD进行了计算,计算结果表明RFD最佳结构型式及参数为:柱形吸水室、对称喷嘴两阶段扩散型式,下喷嘴扩散角β小于5°～6°,相对嘴间距Lc/dt=0.8～1.1;压冲阶段,RFD有微量引射或无引射时水力效率最高,锥形喷嘴在各阶段均表现出较大的过流流量.与实验结果进行对比,验证了数值方法的可靠性,说明采用定常流方法进行非定常状态下的工作元件结构设计,可以作为工程应用RFD的优化设计方法.     

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.     

氦气驱动水射流雾化特性的数值模拟研究

为了研究水射流的雾化特性,通过Fluent软件对3种实验工况下氦气驱动水柱的雾化过程进行了二维数值模拟,这3种实验工况分别是常温常压下直喷嘴圆管内气/液相管道长度比为1∶1、1∶2和2∶1的0.25 MPa氦气驱动水射流.分别采用Standard k-ε、RNG k-ε、Realizable k-ε湍流模型和VOF模型...     

不同喷嘴结构的水射流噪声分析

针对现有声扫雷具尺寸与重量较大、功耗较高、适装性差等问题,本文开展了水射流噪声研究,实现舰船辐射噪声的模拟。本文以有效扫除声引信水雷,或与磁扫雷具配合,扫除声磁联合引信水雷。采用Lighthill声比拟理论,建立了不同喷嘴结构的水射流噪声理论模型,研究了压力分布和辐射噪声与喷嘴结构之间的关系,并分析了喷流噪声的频谱特征及其主要影响因素。结果证实了喷流声源用于声扫雷具的可行性,且风琴管形结构可提高喷嘴在远场的噪声辐射性能,在扫雷应用中具有更大的优势。     

淹没前混合磨料射流的数值分析

利用CFD方法对淹没条件下前混合磨料射流流场进行了数值模拟,研究了喷嘴内外液固两相流的速度规律.仿真结果表明:磨料水射流在淹没条件下的耗散较大,磨料粒子速度最大值出现在一定喷距处;对于圆柱、圆锥、锥直型3种不同形式喷嘴,以锥直型喷嘴效果更优;仿真结果与实验结果基本一致.     

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6．68mm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．     

不同喷嘴结构的水射流噪声分析

针对现有声扫雷具尺寸与重量较大、功耗较高、适装性差等问题，本文开展了水射流噪声研究，实现舰船辐射噪声的模拟，以有效扫除声引信水雷，或与磁扫雷具配合，扫除声磁联合引信水雷。本文采用Lighthill声比拟理论，建立了不同喷嘴结构的水射流噪声理论模型，研究了压力分布和辐射噪声与喷嘴结构之间的关系，并分析了喷流噪声的频谱特征及其主要影响因素。结果证实了喷流声源用于声扫雷具的可行性，且风琴管形结构可提高喷嘴在远场的噪声辐射性能，在扫雷应用中具有更大的优势。     

SPH和FEM耦合法模拟磨料水射流中单磨粒加速过程

针对Eulerian和ALE(arbitrary lagriange eulerian)方法仿真研究磨料水射流喷嘴中磨料粒子加速过程的局限性,提出采用SPH(smoothed particle hydrodynamics)耦合FEM(finite element method)的方法研究后混式磨料水射流喷嘴中低速磨料粒子在高速水射流作用下的流体动力学特性和磨粒加速后撞击靶材的全过程。水用SPH建模,磨料粒子、喷嘴和工件用FEM建模,通过接触算法实现SPH和FEM的耦合以模拟后混式磨料水射流加工的全过程。仿真研究了磨粒和水在喷嘴中各自的速度变化过程;单磨粒在喷嘴中的运动轨迹;不同直径的磨料粒子在不同水压作用下的速度变化过程;不同直径的磨粒在不同直径的混合管中出口速度的变化规律;磨料粒子在工件上的撞击深度。通过与相关实验及理论数据的比较,验证了仿真模型和结果的正确性。     

脉冲水射流产生过程的流体力学特性数值模拟

为了研究脉冲水射流的流体力学特性,通过流体仿真软件Fluent15.0对两种实验工况下高压气体驱动水柱的流体力学过程进行了二维数值模拟,这两种实验工况分别是常温常压下直喷嘴圆管内0.25 MPa的高压氦气驱动和水枪中火药燃烧产生高压火药气体驱动。分别采用了SSTk-ω、Standard k-ε湍流模型与VOF模型,研究了在高压气体的驱动下水射流的流体力学特征,并对数值模拟结果与实验结果进行了比较。模拟结果表明:在采用SSTk-ω湍流模型的氦气驱动水柱的数值模拟中,气泡与射流前端速度呈单调递增变化,管内两观测点的压力先增大后减小,与实验结果有很好的一致性;在使用Standard k-ε湍流模型的火药水枪数值模拟中,模拟中水柱的速度变化与实验结果也有很好的一致性,射流在1.50ms左右达到最大然后逐渐减小。两组结果表明,所采用的数值方法在模拟高压气体驱动大体积液柱射流方面有一定的准确性。     

基于流-固耦合辅助喷嘴特性分析

文章主要研究喷气织机中不同孔型的辅助喷嘴应力形变问题,利用 Fluent 软件建立了辅助喷嘴结构的三维模型,采用k-ε湍流模型对其结构进行流-固耦合数值模拟,对单圆孔、椭圆阵列以及圆阵列三种孔型的辅助喷嘴在同一流体激励下进行分析,得到各个辅助喷嘴在同一流体激励下的变形情况,结果表明,椭圆阵列在流体激励下的形变最大,圆形阵列辅助喷嘴结构的形变最小,为喷气织机的辅助喷嘴结构设计生产提供参考建议。     

自激脉冲喷嘴结构参数对涡环影响的数值分析

要使自激脉冲喷嘴产生良好的激振, 影响自激腔内涡环结构的喷嘴腔体直径、腔体长度、上喷嘴直径、下喷嘴直径、碰撞壁中心角等参数必须相互配合.采用无量纲量，针对3种腔径、5种腔长、4种下喷嘴直径和1种上喷嘴直径配合而成的多种工况进行交叉数值分析.通过对数值模拟结果的分析，给出自激喷嘴结构参数的最优数值配比.     

离心喷嘴内部流动与液膜初级破碎的耦合模拟

了更准确地预测喷射特性,揭示喷嘴结构对雾化过程的影响,采用VOF多相流模型和大涡模拟湍流模型对航空发动机离心喷嘴内部流动和液膜破碎过程进行了耦合的CFD模拟,捕获了清晰的气液相界面以及油膜的不稳定波和初级破碎现象.模拟结果表明：供油流量增大时油膜的破碎形态由波浪式破碎和轮缘破碎变成穿孔式破碎,这主要是由于喷嘴结构造成的周向扰动对液膜破碎过程产生了较大影响、使液膜破碎长度缩短的缘故.数值计算的喷雾锥角和油膜破碎长度分别与实验测量值和半经验公式计算值符合良好.     

多喷嘴组合式直旋流细水雾灭火喷头设计

为解决单喷嘴直旋流细水雾灭火喷头在喷雾保护半径小以及喷雾密度分布方面的局限性,采用数值模拟与实验研究相结合的方法,设计一种新型多喷嘴组合式直旋流结构的细水雾灭火喷头。数值仿真和实验结果表明:在相同压力工况下多喷嘴组合式直旋流细水雾灭火喷头与单喷嘴直旋流细水雾灭火喷头比较,喷雾保护锥角从单喷嘴喷头的59°增加到多喷嘴组合式喷头的114°,喷雾保护锥角最高增幅达到93%,流量特性系数K从单喷嘴喷头的1.99增大到多喷嘴组合式喷头8.02,多喷嘴组合式喷头实际流量节省了约20%;同时,多喷嘴组合式喷头5个喷嘴之间的喷雾无干涉。       

磨料水射流切割可视化BP神经网络模型研究

针对磨料水射流切割性能与影响因素间存在复杂的非线性关系,无法用传统数学方法建模的问题,基于BP人工神经网络理论,结合典型材料的切割实验结果,在考虑射流压力、磨料流量、切割靶距、工件厚度、磨料喷嘴直径与切割速度6个因素情况下,建立了磨料水射流切割BP神经网络模型.同时,基于Delphi开发出了可移植的磨料水射流切割速度人工神经网络预测单元,实现了所建网络模型的可视化,为实现网络模型与数控系统的集成提供条件.研究结果表明,该网络模型能快速、准确、可靠地预测切割速度,与数控系统相集成可实现对磨料水射流切割质量的有效控制.     

V形喷嘴的超声速引射器的数值模拟

为了提高超音速引射器的性能,基于原有收敛形喷嘴的实验结果,重新设计了新型的V形喷嘴.通过改变V形喷嘴的波瓣数,使其引入更多涡流来提高引流流量,得到性能较好的V形喷嘴几何模型.采用FLUENT软件模拟超声速引射器中的复杂流动,对比分析了数值计算的各种喷嘴的性能.数值模拟结果显示:V形喷嘴对超音速喷嘴处的流场分布以及激波分布有一定的影响,可以有效提高引射器的性能,使引射器达到更大的压缩比和压力恢复.     

双锥形线性EFP设计与仿真研究

基于双锥形药型罩的优点,采用线性EFP设计思想,提出了一种双锥结构的LEFP的设计方法.将线性EFP的药型罩设计成双锥形结构,应用ANSYS/LS-DYNA软件对其进行数值模拟仿真,分析了不同双锥位置时线性EFP的初速及侵彻钢靶效果.结果表明:合适的双锥结构较常规锥形罩可以明显提高该种战斗部的毁伤效果,从而为提高LEFP的防空反导能力提供参考依据.     

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。     

旋流喷嘴内部流场的数值模拟和实验研究

为了揭示旋流喷嘴内部流动机理,有效预测其外部雾化特性,采用VOF多相流模型和RNG κ-ε湍流模型对旋流喷嘴内部的气液两相流动进行了数值模拟.通过对喷嘴结构进行合理的网格划分和特殊边界条件设置,计算了喷嘴内部的速度场、压力场和空气芯的形状尺寸.分别通过激光测速仪和高速摄像仪测量出口速度、空气芯的直径和雾化半锥角,对计算结果进行了验证.结果表明,旋流喷嘴内部流动为Rankine涡结构,其雾化特性如雾化角和液膜厚度等可以通过分析出口处流场得到.