喷嘴几何参数对射流流场性能影响的计算研究

在边界条件和初始条件相同的情况下,分别改变圆锥带圆柱出口型喷嘴的圆锥段收缩角、喷嘴出口圆柱段长径比、喷嘴出口直径,用Fluent软件对圆喷嘴射流的速度衰减特性进行数值模拟和分析.模拟发现:在圆锥段收缩角为13°左右、喷嘴出口圆柱段的长径比为3左右时,射流核心段上的速度最大;随着喷嘴出口直径的减小,射流核心段上的速度不断增大,射流的切割性能也越来越好.数值模拟结果与实验结果完全一致.     

高压水除鳞喷嘴结构参数对喷嘴射流性能的影响

为了进一步研究高压水除鳞喷嘴的射流性能,优化喷嘴的结构参数,选取出口扩张角、锥孔深度、入口收缩角作为参考因素,以喷射角和射流流量作为评价指标,对喷嘴各参考因素对射流性能的影响进行了仿真分析。结合正交试验的方法,对喷嘴各结构参数及其交互作用对其性能影响的显著性及重要性次序进行分析,获得最优的参数组合并对其进行了实验验证。结果表明：出口扩张角的增大会使喷射角减小但会使射流流量增加,锥孔深度的增加可以较为全面地提升喷嘴的射流性能,收缩角的增大会使得喷嘴的射流性能减弱,喷嘴的除鳞效果变差;3个参考因素中锥孔深度是对射流性能影响最大的因素;当出口扩张角为80°、锥孔深度为8 mm、入口收缩角为65°时喷嘴的射流性能最优。通过将参数优化后的喷嘴的实验结果与原始喷嘴的实验结果对比发现,优化后喷嘴的喷射角由原始值35.7°提升至44.1°,射流流量的大小由原始值10.17 L/min提升至28.3 L/min。     

圆锥形喷嘴结构参数设计研究

为了获取圆锥形喷嘴结构参数与其工作性能的作用规律,建立了喷嘴内部流场的数值仿真模型.通过仿真研究获取了喷嘴结构参数与喷嘴内部射流特性的作用规律.仿真结果表明:喷嘴的收缩角α和长径比cp决定了喷嘴射流的最大出口速度和喷嘴出口射流速度在径向的变化幅值.随着α的增加,喷嘴射流的最大出口速度先增大后减小.当α较小时,喷嘴出口射流速度在径向基本保持不变.当α较大时,喷嘴出口射流速度在径向变化明显.随着cp的增加,喷嘴射流的最大出口速度先增大后减小.当cp较小时,喷嘴出口射流速度在径向变化明显.当cp较大时,喷嘴出口射流速度在径向基本保持不变.圆锥形喷嘴的最优结构参数为α=40°,cp=3.对不同α的喷嘴性能进行了实验测试,实验结果表明:当α =40°时,喷嘴产生的射流出口速度最大.     

高压喷嘴几何参数对流场影响的数值模拟分析

为研究喷嘴内外部几何参数对内部流场形成的影响,在满足技术要求流量Q=0.13kg/s的情况下,分别改变喷嘴出口直径和出口圆柱段长度,用Fluent软件对圆喷嘴射流的速度变化特性进行数值模拟和分析。模拟发现,在出口直径d=0.9mm、出口圆柱段长度L=0.7mm时,速度最高;在出口直径d=1.2mm、出口圆柱段长度L=5.4mm时,出口截面速度分布最广,最为适宜枪外混合物料的喷涂操作。     

深海环境下射流性能仿真

建立适用于深海作业的高压射流喷嘴的流体动力学仿真模型,对深海环境下喷嘴射流的内、外部流场性能进行数值仿真分析,得到5MPa、10MPa和15MPa三种典型围压环境下喷嘴内部射流压力和速度的变化规律及射流离开喷嘴后的压力和速度变化规律,并与非淹没状态下射流的性能进行对比研究。研究结果表明:通过数值仿真可以获得深海环境下喷嘴射流的工作性能,仿真结果与理论计算结果吻合;随着海水围压的增加,喷嘴射流出口的最大速度相应下降;当喷嘴射流出口喷射速度一定时,深海围压的大小对射流性能基本没有影响;不同围压下的射流形成的等速核外形和靶距基本相同,深海最优作业喷距为3~5倍喷嘴出口直径;与非淹没环境相比,淹没状态下射流沿轴向速度衰减梯度变化迅速,其等速核长度缩短约40%。     

基于磨料水射流的三维编织复合材料铣削技术研究

针对磨料水射流对三维编织复合材料的冲蚀过程,利用Hypermesh/Ls-Dyna有限元分析软件建立磨料水射流冲蚀复材模型,以射流压力、走刀速度、横向进给量为变量开展仿真分析,得出不同工艺参数下材料的去除深度与质量以及材料的应力变化情况,完成水射流铣削三维编织复合材料的工艺过程模拟.研究发现,随着射流压力的增加,复合材料平均铣削深度和Z向最大应力不断增加,当射流压力超过70 MPa时材料被击穿;随着走刀速度和横向进给量的增大,平均铣削深度和材料Z向最大应力呈不断减小趋势;材料铣削深度主要受射流压力的影响,其次是走刀速度,而横向进给量对深度影响较小;铣削面质量主要受横向进给量的影响,当横向进给量大于或小于喷嘴直径时,铣削面会出现峰谷现象,而等于喷嘴直径时铣削面质量较好.根据仿真结果开展试验研究,将试验结果与仿真结果进行对比分析,验证了仿真模型的可行性与有效性.     

基于离散相模型的水力喷砂射孔器优化设计

针对常用水力喷砂射孔器冲蚀磨损严重、使用寿命短的问题,运用数值模拟软件的离散相模型,分析了常用水力喷砂射孔器的冲蚀磨损规律,提出了工具结构和喷嘴结构的优化设计方案;并对新型水力喷砂射孔器的射流性能和耐冲蚀性能进行验证。研究结果表明：常用水力喷砂射孔器的冲蚀磨损主要集中在工具内腔喷嘴入口处、喷嘴内流道和工具外壁喷嘴出口处,且射孔器结构、射孔液运动特性、管柱振动和工作环境是造成冲蚀磨损的4个主要原因;相同条件下,相比于常用水力喷砂射孔器,所提出的新型水力喷砂射孔器的射流速度更大,上下层喷嘴间的速度差更小,耐冲蚀性能更佳。     

塑料近红外分选设备喷吹分离的仿真研究

针对塑料分选装置中喷吹不准确、耗气量大等问题,提出了一种基于维多辛斯基曲线的流线型喷嘴。利用计算流体力学(CFD)软件,对喷嘴结构进行了二维与三维建模,运用Fluent进行了求解,选择湍流模型中的Realizable k-ε模型进行了计算,从射流速度、射流核心段长度以及耗气量等方面分析了喷嘴总长度、收缩段长度、出口直径以及收缩比等因素对喷嘴射流的影响。仿真结果表明:出口直径对喷嘴射流影响最大,喷嘴总长度、收缩段长度以及收缩比对喷嘴性能的影响相对较小;当喷嘴总长度为25 mm,收缩段长度为4 mm,出口直径为5 mm,收缩比为1.6时,喷嘴的喷吹性能相对较好且耗气量较低。     

微磨料空气射流加工特性研究

通过微磨料空气射流加工普通平板玻璃的试验研究,分析了加工时间、空气压力、磨料流量、喷射距离、喷射角度、磨料种类、喷嘴结构和尺寸等加工工艺参数与微磨料空气射流加工的材料冲蚀率及玻璃表面冲蚀加工凹坑尺寸（凹坑直径和凹坑深度）之间的关系,得出了这些工艺参数对微磨料空气射流加工效果的影响规律。结果表明：喷射距离对材料冲蚀率和冲蚀凹坑的尺寸影响最大,存在一个可以获得最大冲蚀率和加工深度的最佳喷射距离;喷嘴的形状、尺寸和喷射角度的不同直接改变加工凹坑的轮廓,是影响微磨料空气射流加工轮廓结构形状的关键因素。     

基于Fluent的高压喷嘴射流的数值模拟

研究收缩型喷嘴在初始压力为100 MPa,出口直径为1 mm的情况下喷嘴流场的速度、压力、湍动能等物理量的分布规律。选择不可压Reynolds方程作为动量方程,利用Fluent的SIMPLEC算法进行求解,对收缩型喷嘴射流进行数值模拟。结果表明:流体速度在喷嘴收缩段迅速增加,在离开喷嘴后出现等速流核区;流体动压在喷嘴收缩段增长快速,在等速流核区保持不变;仿真结果与理论推导相符合。     

基于CFD的喷嘴结构对高压水射流反推特性的影响

喷嘴作为无人机新型射流反推弹射的重要元件,其结构参数对无人机弹射动态特性具有重要影响.以圆柱形、圆锥形和余弦形结构的喷嘴为研究对象,基于CFD建立不同结构喷嘴射流流动的数学模型,采用VOF多相流模型和k-ε湍流模型等对不同结构喷嘴射流流态进行数值模拟,获得不同结构喷嘴内外壁面的压力场、速度场分布,对比分析喷嘴结构特征和...     

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。     

Experiment and Numerical Simulation of Free Water Jet by a Central-body Nozzle

The recent research about cavitation jet mainly focuses on the organ-pipe nozzle and triangular nozzle.The research content mainly includes the optimized design about the structure of nozzles,the observation and flow analysis about the cavitation jet in the water,and the theory of rock attacked by the cavitation jet,while the energy characteristic of the free jet is not studied yet.In China,the research about the central-body nozzle is almost empty.For the purpose of studying the energy characteristic and the structure of free water jet discharged from central-body nozzle,an experiment with phase Doppler particle anemometry(PDPA) technology is carried out to measure the free water jet flow,which is produced by a central-body nozzle under the jet pressure of 15 MPa.While five sections with different axial distances from the nozzle outlet are selected for data process and analysis,the axial and radial velocity and the droplets of the particle size are studied.Meanwhile,numerical calculation of corresponding flow field is conducted by using volume of fluid(VOF) multiphase model,and the jet flow feature is discussed.The experimental and calculating results show that the axial velocity of high speed jet flow dissipates slowly in the air,and the core area and diffused area are discovered.The diameter of droplet in the core area is small,and jet energy is concentrated,while in the diffusion area,water is mingled with ambient air and radial velocity is relatively large.Obvious low-pressure area exists behind the central body and potential cavitation may occur in that area.The proposed research reveals the energy characteristic of free jet discharged from central-body nozzle,provides the theoretical basis for preestimating erosion feature of the central-body nozzle and also the theoretical foundation for revealing the mechanism of erosion.     

气溶性射流对钢板污垢清洗的应用研究

为了获得更好的清洗效果和节能环保,提出了一种新型的射流方式——气溶性射流。基于流体力学和气溶性射流的工作原理,根据气溶性射流的特性和喷嘴的几何特征,研究了气液相的流动特性方程,得到了气溶性射流的速度分布规律。利用自行设计的超音速喷嘴组装的带电气溶性射流实验装置对钢板进行清洗,经简易检测表明：气溶性射流喷嘴产生的超音速极大地提高了洗涤效率,与同流量的喷嘴相比,效率提高近10倍,具有广泛的应用前景。     

Flow characteristics of pyramidal shaped small sonic nozzles

Four types of pyramidal sonic nozzles made of silicon crystal were studied experimentally. The throat sizes varied from 38 to 140 μm for type A and D nozzles and from 75 to 188 μm for type B and C nozzles. For each of the nozzle types, the results show that the discharge coefficient is proportional to the throat size, and the critical back pressure ratio for choking is insensitive to Reynolds’ number. In parallel, the flow field of a type B nozzle was investigated by numerical simulation. The effect of heat flux coming from the nozzle body was examined and the flow patterns obtained from Spalart-Allmaras and standard k−ω turbulence models were compared. The simulation results indicate the heat flux does not noticeably change the velocity field and discharge coefficient. Also, the flow downstream of the nozzle throat develops into an under-expanded supersonic jet in which expansion and oblique shock waves appear alternately.     

多孔射流式通风的流场特性分析

为了分析多孔射流风机作用下风场的流场特性,文中采用CFD方法,对多孔射流式风场模型内部流场进行了数值模拟,对比分析了不同喷嘴数量及排布方式对流场性能的影响,并引入涡动力学理论,分析了流场内涡结构的分布发展规律及其对流体掺混的影响。结果表明：喷嘴的数量及排布方式对流场性能有显著影响,外围喷嘴会对中心喷嘴的流动起到限制作用;流向涡对流体掺混效果的作用比展向涡大,在涡量一定的情况下,流向涡尺度越大、衰减越快,流体间的混合效果越好,流场稳定性越高。流场内速度及涡动力学分布表明,流场稳定性随着喷嘴数量的增加而显著提高,因此在保证经济性的前提下应尽量采用数量多的喷嘴排布方式。     

超音速射流噪声突变现象的实验和数值模拟研究

在利用“放气法”测量喷管的超音速射流噪声的实验过程中,发现部分结构喷管产生的射流噪声大小不是随着上游压强的减小而减小,而是在特定压强点出现突增现象。为了在喷管的设计阶段就能预测其喷流噪声是否发生突变,对两种结构喷管的射流流场进行了实验和数值模拟研究。结果表明,射流流场的轴线总压和噪声声压级存在强相关性,可将流场总压的变化作为噪声是否突变的判据。因此,在设计喷管时对其射流流场进行仿真研究,就可预测其噪声突变现象的产生。     

矩形喷嘴对PDC钻头井底流场影响的研究

针对PDC钻头的水力能量清洗井底和冷却钻头的作用充分发挥的结构设计问题,先分析了矩形喷嘴的射流特性,得到了射流轴心动压力衰减规律和横向动压力分布规律及横向动压力梯度分布规律,通过CFD仿真软件CFX对PDC钻头井底流场进行了模拟,将矩形喷嘴和圆形喷嘴对比,分析得知喷嘴位置在等速核长度内,矩形喷嘴更有利于清除岩屑和冷却钻头。     

自激振动空化射流振动分析试验

从提高喷射喷嘴的设计效率和射流冲蚀与清洗效率角度出发,在理论分析自激振动空化喷嘴工作原理的基础上,设计不同尺寸组合的风琴管自激振动空化喷嘴,测量风琴管自激振动空化喷嘴喷射时喷嘴及射靶的振动,通过对振动信号的比较分析,研究自激振动空化射流振动特性及频率特性。结果表明,自激振动空化喷嘴振动频域图中的高频成分是谐振腔内空化泡破裂撞击导致的高频振动,自激振动空化喷嘴振动频域图中存在调制频率,即喷嘴谐振腔内自激振动的谐振频率。实测值与理论计算值相符。给出风琴管自激振动空化喷嘴的主要结构参数喷嘴直径、谐振腔长对喷嘴产生自激振动空化效果的影响规律,得出给定试验系统中自激振动空化喷嘴的最佳结构参数。振动分析试验研究与仿真研究结果一致,为自激振动空化喷嘴的优化设计提供了有效方法。     

磨料水射流仿真分析与试验研究

为有效保持油田的稳产增产,磨料水射流技术逐渐被应用于油田生产.磨料水射流切割利用高速混砂液体的射流来完成切割作业,具有安全、多能、环保、便捷、高效的特点.本文对前混式磨料水射流切割的喷嘴结构进行了优化设计计算,采用计算流体力学的方法,利用CFD仿真软件,对不同喷嘴类型﹑喷嘴长度和不同锥角角度的喷头的工作情况进行数值模拟...