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.     

Study on the breakup length of circular impinging jet

Circular impinging jet, which is widely used in accelerated control cooling (ACC) equipment to accelerate the cooling of hot rolled plates, is subject to breakup, and may result in undesirable cooling effect. Therefore, the jet breakup should be avoided as possible in industrial production. The objective of this study is to find the relation of the processing parameters of the ACC equip- ment versus the breakup length of jet with weaker turbulence. To obtain quantitative findings, not only relative experimental study but also numerical simulation was carried out. For a weaker turbulent water jet, the breakup length increases with the increase of jet diameter, as well as with the jet velocity; jet diameter has a significant effect on the breakup length for a certain flow rate when com- pared with jet velocity; finally a suggested correlation of the jet breakup length versus jet Weber number is presented in this study.     

圆形液体浸没射流冲击驻点传热的数值模拟

对圆形液体浸没层流射流的流场结构和冲击驻点的单相传热进行了数值模拟．考虑的因素为喷嘴直径、喷嘴至冲击板距离、射流速度和加热面尺寸等．计算结果表明：冲击板上涡的位置随Ｒｅ的增加而远离对称轴．对于充分发展的管形喷嘴而言,驻点换热随射流出口Ｒｅ的增加和喷嘴直径的减小而增强;在５＜Ｚ／ｄ＜９内出现峰值,与加热面尺寸无关．     

单束圆形射流冲击在小尺寸加热面上的局部换热特性

实验研究了液体射流垂直冲击在加热竖直小壁面上的局部换热特性,在Re_d=4.04×10~3～1.37×10~4范围内,驻点换热可以用方程 Nu_d=1.29P_r~m·Re_d~(0.5)表示,对于湍流,势流核心长度L/d与速度无关,L/d=5,建议势流核心外驻点Nu与Z/d的关系用 Nu_d/Nu_(max)=[(L/d)/(Z/d)]~(0.5)表示,势流核心区内换热系数的径向分布用以下方程表示: 驻点区:Nu_d/Nu_(max)=(r/d)~(-0.5)tanh~(0.5)(0.88r/d) 壁面射流区:Nu_d/Nu_(max)=0.348Re_(d,u_0)~(n-0.5)·(r/d)~(-1.25)实验比较了自由射流与浸没射流的换热效果,发现驻点及径向分布结果相同,喷距的影响有差别。     

水垫塘冲击射流附壁区的水力特性

采用粒子成像测速技术(PIV)获得了水垫塘冲击射流全域瞬时精细流场,并在此基础上,对附壁射流区的流速分布规律和水流紊动特征等水力特性进行了系统研究.结果表明:在附壁射流区,射流横向断面的流速、紊动强度分布呈自相似分布规律,具有自由射流的特征;在射流纵向,流速随着流程增加而线性减小,射流半扩展厚度和紊动强度随流程增加而线性增大;并提出了描述附壁射流区射流横向断面流速、紊动强度分布规律的方程,同时得到了附壁射流区射流纵向上流速、半扩展厚度和紊动强度沿流程变化的计算公式.     

钢筋混凝土岔管锐角区修圆优化的压强分布不均匀性研究

修圆优化是缓解钢筋混凝土岔管锐角区应力集中现象的有效措施之一.针对该措施对岔管水力特性带来的显著影响,作者选取Realizablek-ε模型,结合实际工程进行CFD数值模拟,在对岔管的流态特征与水头损失等进行分析的基础上,针对典型断面及管壁压强分布的不均匀性进行定量研究,给出了典型断面压强分布不均匀性衡量标准.结果表明,分岔处附近管壁压强分布不均匀且左右呈现较明显的不对称性,锐角区修圆半径的增大能略微降低岔管水头损失,正常发电工况下,修圆半径小于约0.5倍最大公切球半径时能小幅改善岔管流态,但继续增大修圆半径会恶化流态并增大近分岔处压强分布的不均匀程度.     

Analysis of chamber effect on intermittent pulsation

A numerical study was conducted to seek an optimized dimension of jet chamber in the pulsating impinging flow.The flow and heat transfer effect of the pulsation flow through a jet chamber was investigated.The numerical results indicate that heat transfer effective enhances near the stagnation region for the intermittent pulsed flow with jet chamber compared to that without jet chamber.Simulations of the flow through a jet chamber show that the heat transfer rate on the impingement surface is highly dependent on the velocity at the position which is really close to target surface.Examination of the velocity field suggests that the velocity exists a maximum value as the axis distance increases.In addition,the velocity at the jet hole is enlarged by the jet chamber due to the entrainment effect,and the velocity is amplified even greater as the size of the jet chamber becomes bigger.Nevertheless,the velocity declines quickly while the flow axis distance is more than a certain range,leading to poor heat transfer.Thus,intermittent pulsed flow with jet chamber is suggested as a method of improving heat transfer by employing larger dimensions of jet chamber for appropriate jet-to-surface spacing.     

Experimental investigation of submerged impinging jets in a plunge pool downstream of large dams

Ｔｈｅｐｌｕｎｇｅｐｏｏｌｗｉｔｈｏｖｅｒｆｌｏｗｓｐｉｌｌｗａｙｓｉｓａｔｙｐｉｃａｌ,ｓａｆｅａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃａｌｅｎｅｒｇｙｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｆｏｒｍｄｏｗｎｓｔｒｅａｍｏｆｌａｒｇｅｄａｍｓｉｎｎａｒｒｏｗｖａｌｌｅｙｓ.Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ,ｉｔｉｓｑｕｉｔｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｏｒｄｅｓｉｇｎａｎｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆｐｌｕｎｇｅｐｏｏｌｓｄｏｗｎｓｔｒｅａｍｏｆｌａｒｇｅｄａｍｓｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙｆｌｏｗｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ,ｄｉｆｆｕｓ…     

淹没射流流场演化过程研究

摘要：采用大涡模拟方法（LES）研究了淹没射流紊动流场的演化过程,分析了速度、压力、涡量的演化规律和它们之间的内在联系。研究发现,压力场等值线呈一簇簇同心圆分布,沿射流轴线方向圆心高压和圆心低压交错分布,随着射流的进行,同心圆随射流下移并伴有变形、分裂、融合等现象;分析速度场发现射流轴线处存在高速流体团脱落现象,在固定点处的速度和压力大小有很好的负相关关系;分析涡量场发现涡旋的摆动造成了射流主体的摆动,涡旋的存在导致了压力场圆心低压和圆心高压交错分布的现象。     

垂直洞塞出口冲击区壁面压强特性

垂直洞塞作为一种新型消能工,其出口水流状态可视为淹没射流,出流区域为射流冲击区,受结构自身特点的影响,该类射流的流速大,射流冲击区壁面受到的压强大,为探索垂直洞塞出口冲击区附近有界区域内的壁面压强分布规律,为结构设计及水力设计提供科学依据,作者结合某大型泄洪洞工程,采用模型试验、理论推导及数值模拟相结合的方法,针对不同的出口射流流速及不同压坡位置,研究了垂直洞塞出口射流冲击区的壁面压强特性。结果表明：冲击压强的试验和数值模拟结果吻合良好;当轴线上压强测点同压强最大值处的距离和压强半宽值的比值小于1时,试验及数模得到的壁面压强与理论分析曲线贴合,但当该比值大于1时,且压坡段与射流中心之间距离和射流直径之比较小时,两者结果明显高于理论曲线,理论曲线此时不适用。定量分析表明：随着下游压坡段与射流中心之间距离的增加,底板轴线压强分布逐渐贴合理论曲线;当压坡段与射流中心之间距离和射流直径之比大于2.35时,冲击区下游压坡段位置对底板压强半宽值无显著影响,各试验组次中底板压强半宽约为射流直径的0.3倍;射流冲击区内,顶部和侧壁壁面的压强随着离射流中心的距离减小而降低,在泄洪洞上游封堵处压强达到最大值。     

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。     

撞击流反应器的流场测量及数值模拟研究

为更好地了解撞击流反应器的流场特性,通过实验对撞击流反应器内流体的压力场进行测量,并使用数据采集系统应用脉冲-响应法对速度场进行测量.结果显示在撞击面的中心部分存在一个撞击区,此区域关于撞击面对称,基本上为轴对称,区域内压力较高而流速很低.围绕此区域有一个强烈湍动的区域,能够促进混合及反应的进行.同时使用FLUENT软件对反应器中的流场进行数值模拟,数值模拟结果与实验测量结果吻合较好.     

Analysis of disagreement between numerically predicted and experimental heat transfer data of impinging jet

1 INTRODUCTIONI mpinging jet (IJ) , with high heat and masstransfer rates have been widely usedin a number ofindustrial areas ranging from thermal drying ofcontinuous sheets , production of foodstuffs toelectronic component cooling, annealing of metalsheets ,tempering of glass ,and cooling of turbinevanes . Over the past 30 years , experi mental andnumerical investigations of flow and heat transfercharacteristics with single or multiple jets havebeen a very hot research field. Due to the …     

大涡模拟气固两相三维湍流射流

为了研究三维矩形射流中拟序结构的空间演化和颗粒扩散特征，建立了气固两相矩形射流流场内气体、颗粒两相运动的大涡模拟数学模型，并在此基础上完成了对流动雷诺数等于11 500的气固两相射流的数值模拟.采用亚网格应力模型模拟气相场,并用Lagrangian方法跟踪了颗粒相运动.模拟结果显示了流场流向涡拟序结构随时间发展的演变过程，同时给出了气流相三维拟序结构作用下微细颗粒在整个流场空间中的运动扩散特性.     

圆形浸没冲击射流速度与压力梯度的数值计算

通过数值计算,系统地研究了圆形浸没液体冲击射流下速度与压力梯度沿轴向和径向的分布情况．考虑的因素包括射流工质、喷嘴直径、喷嘴至冲击面的距离和射流出口Ｒｅ数．计算结果表明,压力梯度的径向分布决定了局部换热系数径向分布形状,计算值与实验结果吻合良好．     

有低矮植被覆盖的河道水流特性试验研究

通过室内水槽模型试验,探讨了有低矮植被生长的河道糙率变化、时均流速的垂线分布以及紊动强度的垂向变化规律.把植被区的垂向流速分布从河床表面到自由液面按有无植被的影响划分为3个区域,试验结果表明:时均流速垂线分布单调递增,增大到大于平均流速的某个值后达到稳定,之后流速分布为半对数分布;纵向、横向及垂向3个方向紊动强度最大值均出现在植被层顶部,且相同测点处存在T(x)>T(y)>T(z)的关系.经过试验分析认为:河道种植植被应选择远远处于淹没状态的较低矮的品种,且种植密度不宜太稠密,可起到固滩护岸、又不至于降低河道的泄洪能力的效果.     

齿型扩口对旋流燃烧器流动特性影响的研究

采用－维热膜探针多方位转动法，在径向浓淡旋流煤粉燃烧器冷模式试验台，研究了在齿型和普通型两种中心扩口下旋流煤粉燃烧器出口气流的空气动力持性，试验得到了冷态旋转射流的时均速度，湍流应力，偏斜因子的测量结果，分析测量结果可见，齿型中心扩口下中心回流区直径减小，相对回流率较普通型中心扩口增加20％，同时在中心回流区边界附近湍流脉动强度明显提高，湍流正应力提高1倍以上，湍流剪切应力提高3倍以上，在主流区湍流流瞬时速度的概率密度函数更快趋向于完全随机的高斯分布，在齿型中心扩口下，出口射流的回流强度及湍流脉动强度的提高，有利于强化煤粉气流的燃烧反应。     

静止均匀环境中淹没铅直射流的试验研究

本文根据实测的实验资料,论述了静止均匀环境中淹没铅直射流的横断面流速分布及其轴线速度的变化规律。对射流核长度、射流扩散角与出口弗劳德数、淹没水深之间的关系进行了探讨。并将上述成果与国内外的实验、数值计算的成果进行了对比。     

圆形自由射流冲击任意热流密度平板时的换热分析

对射流冲击平板时的层流运动给出了速度和温度边界层的综合划分,用积分方法得到了小P_r数下等热流平板和高P_r数下任意热流平板的驻点区流动换热关系式,在部分壁面射流区,利用Mangler变换技巧,得到任意热流平板的换热系数,并以等热流平板作为特例,与精确解和数值解作了比较,都具有较好的一致性。     

微扑翼飞行器位置控制研究

研究了微扑翼飞行器位置控制系统设计.在完成气动力计算模型和运动参数(拍动平面夹角、拍动频率、拍动幅值、旋转幅值)对气动力影响基础上,建立了微扑翼飞行器纵向动力学模型,采用了切换控制策略,选择拍动平面夹角和拍动幅值作为控制参数,利用位置误差和速度误差线性组合作为反馈信号,计算平均力,确定切换参数,完成控制规律设计.对爬升和水平飞行的控制进行了仿真实验.仿真结果表明,在切换控制策略下,Y方向上经过0.13 s后进入平飞阶段,Z方向上经过5 s后进入平飞阶段,在一定的误差范围内,所设计的控制规律可以实现位置控制.