自激吸气式脉冲射流装置压力及流动特性研究

针对自激吸气式脉冲射流装置的脉冲效果及其产生原因,开展装置冲击试验,测量装置腔体上典型测点压力和靶心冲击力时间历程,运用高速摄像技术观测装置内部水气流动过程,分析不同结构参数和运行参数下典型测点压力与冲击力脉冲效果,研究吸气量、典型测点压力和冲击力时间历程与水气流动过程之间的关系。研究结果表明:腔长、下喷嘴直径、工作压力和围压对吸气量有明显的影响;腔长和下喷嘴直径对碰撞体测点压力和冲击力脉冲效果均有较大影响,存在着最佳结构参数使装置吸气量、冲击力时均值最大且脉冲效果最好;工作压力、围压和吸气对冲击力时均值及其脉冲效果影响较大;装置吸气后腔内形成了气水旋转涡团,气水旋转涡团与吸气量、碰撞体测点压力和冲击力时间历程存在着明显的对应关系。     

自激振荡脉冲射流装置性能研究

针对水库淤积现状,本文从水库泥沙淤积以及水库排沙工程实际出发,设计新型脉冲射流装置-激吸气式脉冲射流装置。利用新型自激吸气脉冲射流装置,在不同围压（模拟不同水深）下研究自激吸气脉冲射流性能,分析不同结构参数、围压、工作压力等参数对吸气量及相对吸气量的影响关系,优化装置吸气性能,为自激吸气式脉冲射流水下高效清淤技术研究提供理论依据和技术参数。     

结构参数对自激式脉冲射流装置性能的影响

运用自行研制的脉冲射流试验装置,就自激式脉冲射流装置的上下喷嘴直径、腔长和腔径等结构参数对其性能的影响进行了试验,分析了上喷嘴直径一定时,其他结构参数对射流打击力的影响.研究表明,在一定工作压力下,不同下喷嘴直径下的射流打击力随腔长的变化和不同腔径下的射流打击力随下喷嘴直径的变化不同;在不同工作压力下,某一下喷嘴直径下...     

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.     

脉冲水气射流的破岩实验研究

利用脉冲水气射流喷嘴在振荡腔内引入空气,与自激脉冲射流掺混形成脉冲水气射流;当泵压为7．5MPa时,进行了2组冲蚀实验,冲蚀抗压强度为6．9MPa的混凝土,第一组实验分析了不同腔长对脉冲水气射流和脉冲射流冲蚀效果的影响,第二组实验分析了不同开孔孔径下脉冲水气射流的冲蚀效果。实验结果表明：泵压一定时,在合适的腔长下,脉冲水气射流比脉冲射流的破岩效果好,且存在一个最佳进气方式使脉冲水气射流的破碎体积最大。     

影响自激振荡脉冲射流性能的喷嘴结构参数研究

脉冲射流射孔增产技术可有效改善低渗气藏渗透率,提高产气量。自激振荡喷嘴作为射孔增产技术的核心装置,其结构参数直接决定射孔质量。为得到适用于此技术的最优喷嘴结构,根据流体力学、射流力学、边界层及大涡模拟计算理论,利用大涡模拟方法和PIV测试实验研究了不同后喷嘴和前喷嘴直径比、振荡腔长和前喷嘴直径比对脉冲射流的影响规律。将大涡模拟计算结果与PIV试验测试结果相结合,建立了适用于低渗气藏射孔增产的自激振荡喷嘴设计准则：前后喷嘴直径比（d₂/d₁）为1.2~1.3,腔径比（L/d₁）为2.3~3.3。所得结论可作为脉冲射流发生装置的结构设计和优化依据。     

串联型脉冲喷嘴的实验研究

根据水声学原理和瞬变流理论,在自激振荡脉冲射流喷嘴的基础上,设计了一种新型的串联型脉冲喷嘴,它由Helmholtz谐振腔和风琴管谐振腔串联组成.实验选用3种不同形状碰撞壁风琴管,采用SD150测试系统,分析了串联型脉冲射流动态特性和形状变化对脉冲射流特性的影响规律,以及泵压和风琴管振荡腔长对射流冲蚀效果的影响.实验结果显示如果两振荡腔结构参数选择合理,使其固有频率耦合,射流将能激励出更大的流体振荡,射流的瞬时能量将得到更大提高;3.种碰撞壁中,冲蚀效果最佳的是球面形碰撞壁风琴管串联型脉冲喷嘴.     

串联型脉冲喷嘴的实验研究

根据水声学原理和瞬变流理论,在自激振荡脉冲射流喷嘴的基础上,设计了一种新型的串联型脉冲喷嘴,它由Helmholtz谐振腔和风琴管谐振腔串联组成。实验选用3种不同形状碰撞壁风琴管,采用SD150测试系统,分析了串联型脉冲射流动态特性和形状变化对脉冲射流特性的影响规律,以及泵压和风琴管振荡腔长对射流冲蚀效果的影响。实验结果显示:如果两振荡腔结构参数选择合理,使其固有频率耦合,射流将能激励出更大的流体振荡,射流的瞬时能量将得到更大提高;3种碰撞壁中,冲蚀效果最佳的是球面形碰撞壁风琴管串联型脉冲喷嘴。     

低压大流量自激式脉冲射流喷嘴装置性能参数试验研究

通过试验对低压大流量自激式脉冲射流喷嘴装置主要性能参数(结构参数和运行参数)进行了系统研究,得出了低压大流量自激式脉冲射流装置最佳结构参数和运行参数的范围,设计的高性能自吸气式自激脉冲射流喷嘴装置在淹没条件下能够有效提高射流打击力.     

不同围压下自激吸气脉冲射流喷嘴吸气性能的试验研究

深水条件冲沙时,改善自激脉冲射流喷嘴的吸气性能,可以提高射流的打击力和泥沙颗粒的悬浮高度,及延长泥沙颗粒的输移长度.因此,研究自激脉冲射流喷嘴的吸气性能有重要意义.利用自行研制的试验系统对自激吸气脉冲射流喷嘴的吸气性能进行了试验研究,运用无量纲分析法,对一定入口条件下各结构参数和运行参数配比对无量纲吸气量的影响进行分析,得出了深水条件下无量纲吸气量随自激脉冲射流喷嘴各无量纲参数的变化规律,确定了产生高效能脉冲射流相对吸气量的无量纲参数的范围,为脉冲射流喷嘴的结构设计优化提供理论依据.     

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。     

振荡脉冲射流喷嘴钻头井底压力特性研究

本文以测试喷嘴射流轴心冲击太力为依据，对振荡脉冲射流喷嘴的有效喷距，射流和脉动特性，井底压力分布规律进行了研究分析。结果表明，在相同条件下，脉冲射流喷嘴的有效喷距比普通连续射流喷嘴提高１．５倍，脉动幅值提高１．７倍，井底压力分布更有利于清除井底岩屑。     

自激振荡脉冲射流装置的频率特性

基于流体网络理论建立了自激振荡脉冲射流装置的相似网络模型,数值计算分析表明,该喷嘴装置具有压力谐振特性和低通滤波特性,在系统固有频率附近,压力响应幅值最大,其固有频率主要由喷嘴形状、结构参数和射流中压力扰动波波速决定,流体压力、振荡腔长、下喷嘴大小和空隙度等对系统的频率特性影响很大,存在产生最大谐振峰值的参数范围,理论分析与实验吻合。提出了相应的自激振荡脉冲振荡喷嘴设计准则,即喷嘴装置的固有频率应接近来流脉动主频。     

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．     

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.     

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．     

喷射流场及其辐射声场数值模拟

为研究喷管结构对射流噪声的影响,采用大涡模拟对不同截面形状喷口形成的非定常湍射流场进行了数值模拟.在流场计算的基础上,结合Ffowcs Williams-Hawkings积分方程对远场声场进行了计算,得到不同喷管结构对应的湍射流场的流动结构及其辐射噪声的频谱特性.计算结果表明,椭圆形截面喷管的出口附近存在大量的旋涡结构,增大了射流边界层处的气流掺混,从而降低了射流核心区的长度,有效抑制了喷射噪声,在5种不同结构的喷管中,椭圆形截面的喷管对应的辐射声压最低,而矩形喷管对应的辐射声压最高;在射流方向的30°～75°扇形区域内,辐射声信号最强且存在明显的指向性.