淹没环境下高压水射流喷嘴的结构优化

为提高高压水射流在辅助大型沉井沉降施工中的效率,对水射流关键元件喷嘴进行选型和结构优化,要求射流具备高能量、低衰减特性。从4类回转形喷嘴中优选速度衰减小的喷嘴,确定合理的速度衰减研究指标,再结合尺寸参数设计正交实验,利用回归分析建立预测模型,可以确定各个尺寸参数对速度指标的影响程度。由高压泵站输入压力和流量确定喷嘴的最大直径,再由预测模型确定最佳喷嘴是出口直径2.8 mm、入口直径5.26 mm、收缩角为12.3°的锥形喷嘴。     

水射流贻贝单边脱壳装备喷嘴内流场数值仿真研究

针对目前国内半壳贻贝加工方法生产效率低、加工环境差、贝肉品质低等问题,提出了一种新型的水射流贻贝单边脱壳方法,并对水射流脱壳装备中喷嘴进行了数值模拟。使用ICEM-CFD软件建立了喷嘴内流场的二维模型,并进行了网格划分;利用FLUENT软件,选择合理的计算区域和边界条件,采用标准k-ε湍流模型,对喷嘴内流场的速度、压力、及湍动能耗散率进行了计算,获得了水射流单边脱壳装备中喷嘴的最佳结构参数。研究结果表明:喷嘴收缩角、出口直径对喷嘴出口流速的影响较大,圆柱段长度对出口流速几乎无影响;喷嘴收缩角、出口直径、圆柱段长度变化时,喷嘴出口处湍动能耗散率在轴线两侧维持为一恒定值,在近壁面处急剧增加;喷嘴结构参数的确定为推动水射流贻贝单边脱壳技术的发展提供了重要参考价值。     

不同结构喷嘴的高压水非定常喷射反推特性

喷嘴作为高压水射流的关键部件,其结构和工作参数对高压水喷射反推性能具有重要影响.以圆柱、圆锥和余弦三种不同结构喷嘴为研究对象,基于CFD对定容积下不同结构喷嘴的高压水非定常喷射过程进行数值模拟,对比分析了不同结构喷嘴的射流反推特性,系统研究了充气压力、出口直径对喷嘴非定常喷射速度和反推力的影响规律.结果表明:相比圆柱喷...     

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。     

低压旋流喷嘴喷雾特性数值仿真及结果分析

为了提高旋流喷嘴在低压下的雾化效果,对影响低压旋流式喷嘴的5个因素:旋流室直径D、旋流室高度H、喷嘴出口直径d、喷嘴出口长度l和旋流室入口数量n进行了研究.以正交试验方案确定了数值模拟的16组喷嘴结构参数组合.用Gambit进行了非结构网格划分,入口边界设为压力入口,p0=0.3 MPa,用fluent 6.3进行了仿...     

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。     

水射流冲击力的影响因素仿真分析

在不破坏低刚度工件材料的前提条件下,该文研究了射流压力、靶距及喷嘴出口直径对水射流冲击力的影响。结果表明:其他相关因素确定时,射流冲击力随着射流压力的增加而增大;随着靶距的增大先增大后减小;其比值约为喷嘴出口直径的平方比。     

自激脉冲喷嘴的机理与结构仿真分析

分析了自激脉冲喷嘴的工作原理和自激振荡产生的机理,建立了自激喷嘴的数学模型;利用Fluent仿真软件,研究不同结构参数喷嘴的脉冲射流特性;通过模拟仿真分析,得出了喷嘴的最佳结构参数。结果表明:上、下喷嘴直径和腔长对出流频率、振幅以及流速峰值都有着较为关键的影响;由于涡旋和空化对入口流速的阻碍,以及气体体积分数的不同,出口流速比进口流速大。     

高压水射流破拆混凝土参数分析与研究

综述了影响高压水射流破拆混凝土设备效率的参数,研究分析了高压水射流的压力、流量、射流移动速度、冲击角度和喷嘴直径等参数对破拆效率的影响,研究结果对影响高压水射流破拆混凝土设备效率的参数的选择提供了科学参考。     

清洗用扇形喷嘴结构参数对其内部射流的影响

采用标准k-ε湍流模型,利用计算流体软件对扇形喷嘴的内部流场进行了数值模拟;研究了当扇形喷嘴出口投影面积一定时,入口结构、出口几何参数对喷嘴内部流场和出口射流速度的影响.研究表明:锥形入口结构最有利于射流在喷嘴内的加速,可使射流在喷嘴中始终处于加速运动状态.出口段的直径影响出口段内射流的速度,出口射流速度随出口圆柱段直径的增加而增加,但存在影响其变化趋势的一个阙值直径.出口盲端的长径比和V形切槽的夹角对喷嘴内射流流态无明显影响,对出口射流速度也无明显影响.     

硬岩掘进机高压水耦合破岩影响因素实验研究

硬岩掘进机(TBM)在硬岩甚至超硬岩段掘进时,采用高压水射流辅助破岩成为一种有效提高破岩效率的新的研究方向。由于高压水射流破岩受诸多因素影响,作用规律复杂,其破岩机理一直未能被准确揭示。主要利用正交实验方法研究水射流压力、喷嘴直径、喷嘴移动速度对破岩沟槽深度与沟槽宽度的影响,同时结合刀盘贯入度优化水射流压力、喷嘴直径、移动速度等关键参数,探索高压水射流与岩石耦合破岩规律,为进一步揭示破岩机理提供依据。     

基于CFD的圆柱形喷嘴设计

喷嘴是流体最后通道,起到最后加减速,控制雾化度、出口速度、喷射射程的关键部件.用三维数值分析软件对影响喷嘴喷射性能的各个参数进行定量的模拟分析,通过计算得出喷嘴出口速度,最后比较各个不同结构的喷嘴出口流速来确定最佳的喷嘴结构形式.得出喷嘴在收缩角度为12°～14°,喷嘴出口端与入口端直径比在0.5～0.6,出口整流段长...     

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。     

水射流—机械刀具联合破岩的影响因素试验研究

为提高机械刀具破岩效率,在水射流—机械刀具联合破岩试验台上研究了水射流参数(射流入射角、喷嘴位置、靶距等)对联合破岩效果的影响。试验结果表明:喷嘴位置在刀具前方时,形成的煤岩碎片块度大,刀具的切削比能耗小,联合破岩效果优于喷嘴布置在刀具的两侧的破岩效果;刀具的切削比能耗与水射流入射角、靶距以及喷嘴和刀具距离的关系均呈抛物线变化,水射流入射角为120。、靶距为喷嘴直径5.5倍左右、喷嘴和刀具距离为切削深度的1.6倍左右时切削比能耗最低。     

磨料射流喷嘴直径与切割能力关系的仿真及实验研究

高压水射流磨料喷嘴是磨料颗粒加速的关键部位,喷嘴直径对射流有重要影响.通过实验与仿真的方法研究了喷嘴直径与射流切割能力的关系.研究结果表明:①试件的切口深度和切口宽度随喷嘴直径的减小基本上呈线性减小;②同一压力下,减小喷嘴直径会降低射流的切割比能耗;③不同直径喷嘴射流轴心的加速规律和衰减规律基本一致.喷嘴直径越小,射流加速越慢,衰减越快,等速核心段越短,切割能力降低;④从能耗、切割效率等多方面因素考虑,对于普通材料切割的喷嘴直径较佳选择为0.6～1.0 mm,不宜进行直径0.2 mm以下的磨料射流切割.     

水垫带式输送机水膜承载能力的有限元分析

研究了喷嘴直径、分布形式等设计参数对水垫带式输送机承载能力的影响。将水垫带式输送机的水膜承载问题简化为以雷诺方程表示的二维流体润滑问题,运用有限元法和适当的边界条件,计算得出了不同设计参数情况下的水膜承载能力,并对计算结果进行了分析比较。结果表明:喷嘴直径一定时,承载量随供水压力的升高而增大,随水垫厚度h的增大而降低;供水压力一定时,承载量随喷嘴直径的增加而增大,随水垫厚度的增大而下降;喷嘴直径和供水压力一定时,当喷嘴排数增加时,压力分布曲线向外凸起,而当喷嘴排数减少时,压力分布曲线向内收缩,由于此压力分布曲线应与载荷分布曲线相一致,因此喷嘴的排数应按物料在传送带上不同的堆积形式作出相应的选择。     

水力喷射孔内射流增压规律试验研究

水力喷射压裂是集射孔、压裂、水力封隔一体化的新型增产改造技术.本文在室内模拟试验的基础上,对影响水力喷射孔内压力分布和射流增压效果的5个参数(围压、喷嘴压降、喷距、入口比率、射孔孔眼深度)进行了系统研究,初步得到了各参数对孔内压力和射流增压的影响规律.试验结果表明,喷嘴压降和入口比率对孔内压力和射流增压影响较大,其中喷嘴压降与射流增压成线性关系,通过线性回归得到试验中6种不同直径喷嘴射流增压公式.     

圆锥长直管段喷嘴外流场的CFD仿真分析

利用ANSYS FLUENT软件,采用欧拉多相流模型对圆锥长直管段喷嘴外流场进行建模与仿真,观察不同参数下的仿真结果并比较,结果表明:随着压力增大,外流场入口速度增大,磨料和水的速度均有衰减,磨料速度的衰减速率要小于水的衰减速率,但不同压力下速度衰减趋势基本相同;随着喷嘴直径的增大,射流速度核心区范围略有增大,外流场速度衰减速率在不同喷嘴直径下基本相同;增大射流冲击面积不宜通过增大喷嘴直径来实现;随着磨料体积分数的提高,磨料速度的衰减速率先减小后增大。     

基于FLUENT的淹没环境高压水射流数值模拟

海底管道配重混凝土的去除工作是大多数水下管道维抢修的前提,高压水射流应用于海底管道配重混凝土的去除工作相比于机械方法优势明显。将高压水射流应用于海底需要探究淹没环境对射流效果的影响,通过FLUENT数值分析,分别研究了喷嘴直径、环境压力、射流压力对淹没射流动压的影响,得到了一些对工程有重要指导意义的结论,结论指出:淹没环境对高压水射流的效果削弱很大;环境压力对射流影响相对较小;喷嘴直径和射流压力对射流效果影响明显。最后通过淹没环境高压水射流破碎混凝土实验应用和验证了仿真所得结论。     

空化水喷丸工艺中喷嘴几何参数对空化行为影响的研究

空化水喷丸是利用微小空泡群在固体边界附近溃灭时产生的冲击波压力和微射流来强化金属材料表面,而这些空泡群则是由缩放型喷嘴产生的空化射流所提供。因此,缩放型喷嘴的空化性能可直接影响喷丸效果。利用FLUENT计算软件对缩放型喷嘴产生的淹没式空化水射流进行计算机模拟,并模拟分析了喷嘴喉部直径和喷嘴扩张角对流场中空化行为的影响,同时使用Fujifilm压敏试纸对垂直于空化水射流轴线的截面上的冲击压力场进行测量。结果表明,随着喷嘴喉部直径的增大或喷嘴扩张角的减小,流场中的整体汽含率会升高,试验测得的最高冲击压力高达300 MPa。