大型储罐清洗喷嘴的数值模拟研究

针对石油储罐机械清洗过程中射流发散严重、有效靶距过短、清洗效果差的问题,现将一种含中心体式喷嘴应用到储罐清洗中。运用Fluent软件对含中心体的储罐清洗喷嘴内外流场进行了数值模拟仿真,过程中选用K-ε紊流模型和SIMPLEC算法进行了数值计算,采用Mixture多相流模型和非结构化网格对含中心体喷嘴和圆柱形喷嘴进行了对比模拟评价。研究结果表明,含中心体喷嘴沿射流方向的轴心速度逐渐增大,射流在计算域内未发散,有效靶距得到了提高。相比于圆柱形喷嘴,含中心体的喷嘴出口截面射流半径缩小了13.7%,聚束性得到了提高,打击力得到了更好的保持,因而能更好地满足大型储罐清洗的要求。     

基于FLUENT远距离冲洗喷嘴的射流特性研究

锥形喷嘴射流能获得较高集聚能的集束射流,可产生较大的射流打击力,多用于远距离水清洗场合。现有锥形喷嘴的研究,多是研究短流场的,且用于水射流切割。该文利用fluent软件对喷嘴的外流场进行仿真模拟分析,可直观的分析喷嘴的长外流场特性及喷嘴的性能。通过改变不同的射流压力和喷嘴的直径来分析喷嘴的外流场的特性。仿真结果表明:锥形喷嘴的射流距离较长;随着射流压力的增加,射流打击力、射流动压和有效射流距离都在增加;喷嘴直径的增加,使得射流压力、射流打击力、射流动压和射流距离也在增加;水射流清洗存在一个临界压力;有效的射流距离为(1800~2000)d,为水冲洗清洁系统的喷嘴直径选择提供了一个参考。     

基于射流机理的泥浆罐清洗工艺参数研究

针对传统钻井泥浆罐清洗采用人工进罐作业,存在安全隐患及效率低等问题,结合泥浆罐结构和罐内油泥沉积特点,从泥浆罐清洗工艺出发,分析“以油洗油”射流方式对罐内油泥冲击、破碎和溶解的清洗机理,开展射流轨迹模型、喷枪清洗模式、射流打击力等研究。结果表明,当射流压力为0.7 MPa、流量为500 L/min、喷嘴出口直径为18 mm时,以白油为射流清洗介质,当靶距为8 m时,射流打击力为213 N,所研制的三维旋转喷枪完全满足典型钻井泥浆罐清洗作业要求。同时,三维旋转喷枪设置有罐底和罐壁2种分区清洗模式,通过清洗模式的切换,实现泥浆罐全方位清洗。研究结果可为泥浆站钻井泥浆罐安全、高效、自动化清洗提供参考。     

双腔室自振脉冲喷嘴空化射流数值模拟

以风琴管喷嘴为基础,串联一个谐振腔形成双腔室自激振荡脉冲喷嘴,利用Fluent对其流场进行数值模拟,分析射流靶距、二级谐振腔腔长比、腔径比的变化对空化射流流场的影响。结果表明：谐振腔尺寸过大或过小均会影响涡环结构的形成,进而影响空化效果。当谐振腔腔长比为0.77、腔径比为2.6时,谐振腔内涡环结构对称性好,轴向含气率高,射流速度较高,该结构利于清洗效率的提高。靶面滞止压力可对空化效果产生影响。当射流靶距较小时,在滞止压力的作用下二级谐振腔无涡环结构产生,轴向含气率较低。当靶距增加到18 mm时滞止压力产生的影响减小,轴向含气率明显提高,因此清洗靶距应至少为18 mm。但靶距的增加会降低射流到达靶面的动能,因此最佳靶距应取18 mm。     

高压射流水下洗网机旋转的瞬态射流打击力研究

利用水力学得到歧管式高压射流水下洗网机旋转瞬态射流角速度公式和瞬态射流打击力公式.研究结果表明:洗网机旋转的瞬态射流打击力F随偏转角α增大而递减,但随射流压力P、洗网机旋转半径R和喷嘴孔径d增大而增大,合理选择喷嘴孔径d对瞬态射流打击力F迅速达到稳定状态的作用明显,而增大洗网机旋转半径R对瞬态射流打击力F的增强作用较弱.海上清洗实验表明,在工作泵正常工作条件下,洗网装置迅速达到工作状态,清洗网农效果良好.     

双腔室自激振荡脉冲喷嘴空化射流外部流场的数值模拟

以单腔室自激振荡脉冲喷嘴为基础,采用串联方式建立双腔室自激振荡脉冲喷嘴,应用FLUENT软件对其外部流场进行数值模拟,分析入射压力、靶距、腔长比、腔径比的改变对外部流场的影响。结果表明:当入射压力在1.1 MPa～4.4 MPa间变化时,空化程度随着压力增大而减小,同时压力每增加一倍时,靶面处最大速度增长约20～76 m/s;当靶距在100 mm～400 mm范围内变化时,空化程度随靶距增大而增大,但当靶距达到400 mm时,会因靶距太远气泡在空中溃灭空化程度骤减;当腔长比为0.67时或腔径比为1.2时,腔室内的涡环结构对称性好,有利于脉冲和空化的产生;同时具有较高的动能,当腔长与腔径同时取最佳值时,脉冲性最佳具有较好的清洗效果。     

基于正交试验法的铝合金车体高压水清洗喷嘴结构优化

抑尘剂等复杂的化合物黏着在铝合金车体上,导致车体污染十分严重,高压水射流清洗方法能够有效去除铝合金车辆车体表面黏着的化合物。通过分析圆柱形、锥形、文丘里形和余弦形喷嘴的射流流场分布、射流出口速度、最大壁面静压、相同清洗宽度下压力值范围,得到余弦形喷嘴的清洗性能最佳,锥形喷嘴次之。基于正交试验法设计五因素、四水平正交试验表,得到常用清洗压力下余弦形喷嘴的最优结构参数：进口直径为40 mm、出口直径为20 mm、过渡段半径为40 mm、出射段长度为25 mm、过渡与余弦部分长度比为4。按照最优喷嘴结构参数进行建模,得到三组压力值下高压水出射速度比未优化前提高了2%,且优化效果随着入口压力值的提高而有所下降。在优化后的喷嘴结构参数下进一步计算得出入口压力为10 MPa时,靶距设置为250 mm能达到较好的清洗效果和节能作用。     

新型高压水除鳞喷嘴流场仿真与试验研究

针对扇形喷嘴的弊端,设计出一种新型热态除鳞喷嘴。喷嘴主要利用射流打击力和水蒸汽膨胀破裂力共同完成除鳞工艺。通过对该喷嘴进行数值计算与试验研究表明:该喷嘴五股射流束之间相互影响,外围射流束发散速度快,中间射流束发散速度慢;喷嘴射流打击力分布不均匀,打击力随靶距增加而减小,同一靶距时,中间射流束打击力大,外围射流束打击力小。最后,通过将该喷嘴应用于热态除鳞生产线,证实了该喷嘴在工业上的可行性,同时也表明该喷嘴还应进一步优化设计。     

喷嘴参数对射流电沉积区域流场的影响

针对采用射流电沉积加工精度不高,沉积面积不易控制,沉积层均匀性差等问题,分析了长孔形射流喷嘴参数对沉积区域及沉积轮廓的影响。通过建立系统流体动力学模型,研究了长孔形喷嘴截面倾斜角度及喷嘴腔体长度对沉积区域流场的影响,探讨了在电场流场耦合作用下沉积层的轮廓分布状况。仿真结果表明,随着喷嘴截面倾斜角度由30°～70°不断增大,喷嘴出口处沉积液的定域范围可以缩小3 mm左右,定域性明显提高;而随着喷嘴腔体长度由40～80 mm增长,流体速度、压力和定域性的变化不大;沉积层厚度在喷嘴正下方区域最大,然后由中心向两边逐渐对称变薄。根据仿真参数加工出喷嘴并通过实验验证,实验结果与仿真结果基本吻合。     

风琴管喷嘴内表面粗糙度对高压射流特性的影响试验研究

风琴管自振空化喷嘴因兼具空化射流与脉冲射流的优点而被广泛使用。为探究大雷诺数下风琴管喷嘴内表面粗糙度对高压射流特性的影响,从而提高喷嘴作业效率。在理论分析紊流特性与表面粗糙度关系的基础上,通过试验探究了风琴管喷嘴内表面粗糙度对射流轴心压力脉动与扩散角的影响规律。试验结果表明,入口压力越大,粗糙度对射流的扩散角、轴心压力脉动峰值、压力脉动幅度的影响程度越大;对某一入口压力,存在一对应起始粗糙度值使得扩散角快速增大,轴心压力脉动峰值与压力脉动幅值急剧衰减;且入口压力一定时,存在一临界粗糙度值,粗糙度小于此值时,轴心压力脉动峰值与压力脉动幅值随靶距增大而先增大后减小;粗糙度大于此值时,轴心压力脉动峰值与压力脉动幅值随靶距增大而减小。根据试验数据,运用能量守恒定理,建立了射流轴心压力脉动峰值随表面粗糙度、入口压力、靶距变化关系的初步数学模型。     

气溶性射流喷嘴的结构设计及计算

设计了一种节水的气溶性射流喷嘴.该喷嘴分为进水管、进气管、混合室和Laval喷嘴四个部分.进水管在壁面上利用雾化原理加工针状小孔,使水以雾状存在于射流中,形成气溶性射流,大大的减少了用水量.根据射流清洗要求,利用雾化原理、流体力学及机械设计等相关原理,计算出喷嘴关键尺寸混合室直径、Laval喷嘴喉部直径、喷嘴出口直径分别为28mm、4mm、5.5mm.实验研究表明,证明了所设计喷嘴的射流打击能力,达到节水的目的;同时得到了该喷嘴的最佳工艺参数:在进水、进气压力分别为为0.3MPa、0.8MPa时,清洗射程达到7.2m,在喷口距测杆100mm时打击力为516.58N.     

基于回归正交实验的混凝土泵车水射流清洗参数优化

研究了混凝土泵车再制造水射流参数与清洗效率之间的变化规律。采用正交试验的方法,选取了射流压力、射流直径、射流入射角度、靶距作为设计参数,每个因素取5个水平,设计出25种实验方案。采用数值模拟的方法对所设计的方案进行正交试验,得到25种设计方案的清洗量值,通过回归分析得出了清洗量与4个参数之间的响应面模型。进而建立了混凝土泵车水射流清洗优化模型,并优化设计了射流压力、射流直径、射流入射角度、靶距等参数。最后,通过对比实验验证了所得结果的正确性。     

起重机臂架清洗装置机构设计及试验研究

再制造是能够将废旧零/部件恢复其原有尺寸和性能的一项关键技术,为此针对废旧起重机臂架的再制造设计了一种利用高压水射流清洗技术,可以自适应不同曲率、高度的新型臂架清洗装置。分析了射流打击力与漆膜附着力之间的关系,研究了喷嘴射流压力及清洗器进给速度等工艺参数对污染物清洗效率的影响,验证了清洗装置的实用性,实现了将超高压水射流绿色高效清洗技术应用于臂架清洗试验。试验结果表明:该清洗装置在喷嘴直径为0.4 mm,靶距为20 mm,出口压力为180 MPa,清洗装置行走速度为0.6 m/min时能够很好地完成清洗任务并满足工程机械汽车起重机臂架再制造清洗工序要求。该清洗装置解决了工程机械臂架表面清洗难题,为后续无损检测及修复奠定了基础。     

微磨料气射流成形加工表面波纹度研究

表面波纹度是评定微磨料气射流加工表面质量的重要指标之一。通过微磨料气射流加工硅片试验,研究了工艺参数及其交互作用对加工表面波纹度的影响,建立了表面波纹度的广义回归神经网络模型。结果表明,喷嘴横移速度对表面波纹度的影响最显著,其次分别是靶距、磨料喷射机工作压力、靶距和喷嘴横移速度的交互作用,以及磨料喷射机工作压力和靶距的交互作用,而磨料喷射机工作压力和喷嘴横移速度的交互作用对表面波纹度的影响不显著。表面波纹度随着磨料喷射机工作压力的增加而增大,随着靶距的增加先增大后减小,随着喷嘴横移速度的增加而减小。选用较低磨料喷射机工作压力和较大靶距的组合,以及较高喷嘴横移速度和中低靶距或者较大靶距的组合均有利于降低表面波纹度。基于广义回归神经网络理论,建立了表面波纹度的神经网络模型。经验证,该模型能够有效地预测表面波纹度。     

自激低频脉冲射流空气喷嘴数值模拟与实验研究

为揭示自激低频脉冲空气射流产生机理,探究喷嘴运行参数及结构参数对空气脉冲射流的影响,提出了自激振荡空气喷嘴设计方案,并利用Fluent软件对自激振荡空气喷嘴腔内速度场进行数值模拟仿真。结果表明：在相同工况下,入口压力为0.4 MPa时,率先出现周期性脉动射流,速度脉动曲线最稳定。此外,在不同入口压力下进行了脉冲射流频率特性实验。实验发现：入口压力是产生自激振荡脉冲空气射流的重要运行参数,且存在最佳腔长61.8 mm,使脉冲射流振荡幅度最大,为空气喷嘴的优化设计提供了参考。     

结合水下注气系统的高压水射流清洗技术的研究

为了有效扩大水下高压水射流清洗喷嘴的有效靶距,提出了一种结合水下注气系统的高压水射流清洗技术;设计了一套结合水下注气系统的高压水射流水下模拟实验装置,该装置通过水面高度控制和压力控制有效抑制了大流量水射流实验工况下的内部压力波动;计算并分析了在水深为10m的水下清洗过程中,喷嘴外环流内的气液比对射流流场的影响。分析结果表明,增大喷嘴外环流中的气液比,可以有效地增大射流的喷射速度,研究结果为水下清洗实际作业提供了理论依据。     

基于FLUENT的甘草清洗设备的喷嘴研究

针对甘草清洗过程中存在的易缠绕、有效成分易流失、效率低下等问题,提出采用高压水射流双面喷嘴清洗方案,利用计算流体动力学(CFD)的方法对水射流喷嘴外流场数值模拟,分析了不同条件下流场速度变化。射流仿真表明:在两喷嘴相距250mm时的外流场条件下,入口速度每增大10m/s,等速核区速度增大75m/s,射流发展越充分,交汇区冲击力越大,甘草表面污物的清洗效果就越好,清洗效率也就越高。     

带气环旋喷射流流场特征及喷嘴结构正交优化研究

为提高二/三重管法旋喷射流切割土体效率,采用Mixture多相流模型和RNG κ-ε湍流模型,开展了淹没环境下带气环旋喷射流流动模拟研究,获得了射流速度、气液两相体积分布、靶体作用压力等流场特征,并基于L₁₆(4⁵)正交试验设计及误差分析方法,获得了旋喷射流喷嘴关键结构参数对射流速度及其作用靶体压力的影响敏感程度与影响规律。结果表明：带气环旋喷射流能量衰减慢且集中在轴心区域,射流等速核心段长,冲击破坏土体性能好;喷嘴结构参数对射流冲击性能的影响敏感次序为：射流喷嘴出口直径>收敛角>气体喷嘴直径>气液喷嘴间距>射流喷嘴长径比;射流轴心速度及其作用靶体压力随出口直径和气体喷嘴直径的增大呈先快速增加后缓慢增加趋势,随收敛角、长径比、气液喷嘴间距的增大呈先增加后降低趋势。基于此,考虑旋喷射流设备性能,给出了最优结构参数为：射流喷嘴出口直径2.0 mm,收敛角12°或18°,长径比1,气体喷嘴直径0.9 mm,气液喷嘴间距5 mm。     

钻杆外壁清洗射流流场的数值分析

在采用高压水射流清洗钻杆外壁过程中,为了得到最佳的清洗位置和清洗角度,必须提高钻杆的清洗效率和质量,文章建立了外部射流流场控制方程组,结合标准的k-ε湍流模型进行化简求解,采用ICEM CFD建立网格模型,通过Fluent软件采用VOF气液两相流模型和SIMPLE算法对喷嘴外部流场进行数值模拟分析。在一定的喷射范围内,改变喷射角度模拟对钻杆外壁的理论清洗情况,在最佳的清洗情况下确定喷头在整个清洗装置中的安装位置和喷射角度。分析结果表明:在600mm的安装距离中,随着喷射角度的减小,射流束的分流情况越来越明显,当减小到15°时,流束基本朝向一边;该喷射范围内,随着轴线位置的增大,速度和压力都呈现衰减状态,当距离超过500mm,速度衰减较明显,所以适宜的喷射距离为500mm;当喷射角度除15°和90°时衰减较大外,其余角度下衰减情况基本相同。再通过对壁面打击力的分析得出最佳的喷射角度为60°。     

磨料水射流切割混凝土的深度预测模型

在对磨料水射流切割混凝土分析基础上,应用BP人工神经网络理论,建立磨料水射流切割基于射流压力、靶距、磨料粒径、磨料流量、磨料喷嘴直径、磨料喷嘴长度及横移速度等射流参数的深度模型,通过模型预测结果与实验结果的比较,验证模型具有一定的精度,为实际运用和进一步研究提供参考。