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.     

脉冲喷嘴碰撞壁形状对射流特性影响的实验研究

本文根据现场使用的脉冲喷嘴碰撞壁形状的变化规律,将其划分为七种典型的形状,测试并分析了碰撞壁形状变化对脉冲射流特性的影响规律;同时还将普通喷嘴与七种典型形状碰撞壁的脉冲喷嘴,在相同条件下进行了岩样冲蚀实验。得到了很有意义的结论,这为评价脉冲喷嘴在现场的使用寿命,提供了可靠的依据。     

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。     

自振脉冲气液射流振荡及其冲蚀煤岩效应

为提高射流利用率,提出一种基于自吸渗气方法的自振脉冲气液射流,基于水声学与流体动力学理论建立其频率模型,并通过考察射流冲击作用下等强度悬臂梁振动的加速度变化规律分析射流频率特性,继而以煤岩体为试件检验射流冲蚀效果.结果表明,自振脉冲气液射流的振荡频率随含气率α上升在初始段急剧衰减,在α=0.5达到极小值;射靶实验表明脉冲气液射流振荡频率随腔长L增加呈递减趋势,而加速度随无量纲腔长变化在L/d1(d1上喷嘴直径)≈2.2出现一极大值,且极值点位置较自振脉冲水射流(L/d1≈2.5)左移;煤岩冲蚀实验显示脉冲气液射流最大冲蚀体积较自振脉冲水射流提高约44%,且两者极值处对应的腔长与射靶实验结果极为接近.     

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.     

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。     

喷嘴结构对空化水射流冲蚀能力的影响

为研究喷嘴出口流道形状对空化水射流冲蚀效果的影响,在自行研制的淹没射流冲蚀实验装置上,对自行设计的普通喷嘴、渐收-突扩喷嘴和渐收-渐扩喷嘴进行了空化水射流冲蚀陶砖试件的实验研究,得到不同喷嘴的射流冲蚀陶砖的冲蚀深度、冲蚀破坏面积和冲蚀填充铁粉质量随靶距和背压变化的规律.结果表明:渐收-突扩喷嘴和渐收-渐扩喷嘴的射流冲蚀...     

淹没条件下自激振荡脉冲水射流冲蚀试验研究

为了提高射流的冲蚀能力,利用自制的自激振荡喷嘴,在淹没条件下进行水射流冲蚀自制砂浆试块的试验研究,得到不同工况下的水射流冲蚀效果.结果表明,靶距对冲蚀效果有明显的影响;脉冲射流的冲蚀体积与冲蚀深度随着腔长的增加,先降低再增加,到达峰值后逐渐递减,在腔长LC=4.5 mm时,冲蚀体积达到最大;在相同工况下,脉冲射流的冲蚀体积比连续射流提高约37.1％～52.3％.     

腔径比对亥姆赫兹自振射流性能影响

为了提高亥姆赫兹式自振射流的工作能力,采用大涡模拟对自振射流流动特性进行研究,通过实验测试喷嘴出口压力脉动验证了数值模拟的准确性.对4种腔径比的自振喷嘴模型在3种雷诺数下的瞬态流场进行模拟,分析Q准则数下拟序结构涡的运动特性,揭示轴心速度衰减及出口断面速度分布与射流集束性及腔室能量耗散的关系,比较分析振荡幅值对射流脉冲性能的影响.结论表明,大涡模拟可以准确预测自激振荡射流瞬态流场及流动特性,亥姆赫兹腔使均匀来流变得紊乱,涡尺度增大,腔室内能量耗散增大,且腔径比对自振射流影响较大.     

自激吸气式脉冲射流装置压力及流动特性的研究

利用自制的射流试验平台对自激吸气式脉冲射流装置进行了冲击试验,测量了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了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,研究了典型测点压力、冲击力脉冲效果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脉冲效果、冲击力时均值及其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;工作压力和围压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,气水旋转涡团与碰撞体测点压力和冲击力脉冲效果存在着明显的对应关系,解释了装置产生脉冲射流的原因。     

自激脉冲发生机理数值模拟及参数影响分析

为了揭示低压大流量下自激振荡脉冲射流清洗的脉冲发生机理，研究了这种工况下喷嘴结构和运行
参数的优化设计范围.通过给出一种应用于大型工业油罐罐底油泥清洗的新型喷嘴结构型式，比较了在低
压大流量工况下该喷嘴脉冲的发生机理、表现形式、分析方法与高压小流量情况下存在的差异.用计算流
体力学（CFD）软件对自激振荡腔内压力场进行数值研究，并对影响频率特性的结构和运行参数进行了逐
一分析，获得了喷嘴的结构参数和运行参数的优化配比范围.结果表明，在低压大流量工况下，空化汽囊
的周期性变化是产生脉冲射流的根本原因，得到的优化参数可直接应用于指导低压大流量自激喷嘴的工业
设计.     

用于疏浚江河湖泊的新型高效工具研究

提出了用气举和自激振荡脉冲射流破碎器清淤的新方法 ,分析了气举和自激振荡脉冲射流的基本原理及脉冲射流在水下的动力特性。理论和实验表明 :在水下 ,振荡脉冲射流不仅能很好地破碎和疏散淤泥、土岩 ,而且为它们进入气举吸口提供了良好的周边环境。气举装备没有运动件 ,密封简易 ,不污染水质 ,既可用于湖泊、江河等的清淤 ,又可用于开挖管沟和海洋采矿 ,是一种值得开发的高新技术     

干式超声清洗头空腔结构声模态特性数值模拟

为研究干式超声波清洗头空腔结构的流场和声场特性，根据干式超声清洗头的超声波发声机理设计了通过流体间流体力学相互作用发声的3 mm腔体(小腔体)结构和通过流体与声学模态共振相互作用发声的10 mm腔体(大腔体)结构，采用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)方法对所设计的方腔展开数值研究。结果表明：两结构有着相似的流场特性，相同压力条件下小腔体的流激振荡更激烈；腔体内最大流速随压力的增大而增大，最大流速的增长率随压力增大而减小，不同的腔体在相同压力条件下最大速度、最大速度的增长率相近；两种结构均能产生超声波，其超声波发声机理与腔体尺寸相关，发声机理与预测值相符。研究表明，针对干式超声波清洗头的流道结构设计并不局限于流体间流体力学相互作用发声的小腔体，大腔体同样可以产生强烈高频超声波，这为干式超声波清洗头的结构设计提供参考。     

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.     

全尺寸脉冲射流喷嘴的优选研究

对全尺寸脉冲射流喷嘴进行了优选研究，得出了四种最优尺寸关系。所得最优的全尺寸脉冲喷嘴的功率是同尺寸普通喷嘴的１．５倍。并通过冲蚀砂砖的实验研究，作了验证。     

水洞中突出矩形腔的流激驻波振荡研究

在水洞中进行了变深度的、不带导流板的突出矩形腔在流激励下的振荡实验.对腔口附近壁面上几个典型点及腔底处测得的均方压力进行了谱分析,得到了许多有意义的结果.对驻波振荡,考虑到腔底的弹性边界作用,文中给出了推算水中腔底面反射系数的方法,得到了腔的驻波振荡频率修正公式.从修正公式得到的结果与其它腔深度的实验值比较,符合尚好.     

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...     

风洞壁面上圆柱腔流激振荡和声辐射的研究

本文研究讨论了闭口式风洞壁面上刚硬圆柱腔中气体在风洞中气流作用下产生的振荡和声辐射.实验测量了不同直径和不同深度腔的振荡谐振频率、腔底振荡压力和辐射声声压,实测流体动力振荡频率与Rossiter的矩形腔剪切层自持振荡频率相近,腔的流激驻波共振频率值与理论计算值比较一致.