风琴管喷嘴和赫姆霍兹喷嘴射流特性分析

风琴管喷嘴与赫姆霍兹喷嘴是2种典型的自振射流喷嘴,其结构上的差异决定了射流特性的不同。基于水声学和流体网络理论,分析了2种喷嘴的结构特点及其产生的自振射流机理。为了研究2种自振喷嘴的射流特性,采用直接提取喷嘴腔内压力脉动信号的方法,通过信号分析研究自振射流的频率特性;同时,将打击试验与噪声分析方法相结合,分析了不同喷嘴射流的空化特性。试验结果表明,相对于普通喷嘴,风琴管喷嘴与赫姆霍兹喷嘴均能产生高频压力振荡并促进空化的产生,而赫姆霍兹喷嘴共振腔对射流自振幅值有放大作用且空化效果更为明显。     

喷嘴出口结构参数对自振射流振荡特性的影响

自振射流的振荡特性决定其自激振荡及冲蚀效果,受喷嘴出口结构影响较大,但其影响规律尚不十分清晰。首先从自振射流产生机理出发,分析射流频率组成及特性影响因素,探究出口结构与振荡特性的内在联系。基于信号检测手段,拾取不同出口结构下自振射流压力及噪声信号,实时调整射流作业围压以连续改变自激频率,同时对上述信号进行时频分析以实现射流自激频率及谐振腔声学固有频率的解耦。试验结果表明,扩口角度及扩口长度等喷嘴出口结构参数对自激频率具有显著影响,进而改变自振射流振荡特性。喷嘴扩口角度决定了射流自激振荡的产生与否,恰当的扩口角度能够促进射流剪切层涡环脱落,进而引起初始压力激励,而扩口角度为0°时无法产生有效自激振荡;当扩口角度由10°增加到40°时,自激频率先减小后增加;扩口角度亦会促进自振初生,一定范围内随扩口角度减小,其自振初生空化数呈增高趋势。扩口长度会影响自激频率及自振初生空化数,随扩口长度增加,自激频率减小而自振初生空化数增大。研究揭示了喷嘴出口结构参数对自振射流振荡特性的影响规律,并初步探究了其作用机理,同时定性讨论了喷嘴出口结构参数对射流自振初生空化数的影响,为深入认识自振射流振荡特性提供...     

赫姆霍兹喷嘴自振射流特性的试验研究

为了提高低透气性煤层的采前预抽效果,增加赫姆霍兹喷嘴自振射流冲蚀效率,基于信号分析方法,从射流的流动状态入手研究赫姆霍兹射流的本质特性。采用传感技术直接获取喷嘴腔内流体压力脉动信号,基于频谱分析法研究不同结构的赫姆霍兹喷嘴产生的自振射流的振荡特性。然后采用声传技术检测围压下自振射流打击标靶时的噪声等级,通过声功率谱探讨了自振射流的空化效果。试验结果表明:赫姆霍兹喷嘴上部分结构参数对自振射流的频谱结构和自激共振频率大小起决定作用,而下部分振荡腔结构对自振射流的频谱幅值具有选择性放大功能,但对自振射流的频谱结构几乎无影响;赫姆霍兹喷嘴上部分结构促进了自振射流的空化产生,而下部分振荡腔增强了自振射流的空化效果。射流的幅频特性和声功率谱研究可为自振射流喷嘴的设计提供新途径。     

矿井降尘超声雾化喷嘴空化流动特性仿真研究

基于计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)方法,应用自动生成网格技术,采用两相流混合流体完整空化湍流模型;对矿用Hartmann型超声雾化喷嘴的管流型空化进行非定常数值模拟研究。模拟结果揭示超声雾化喷嘴管流型空化发生机理和空化泡的流动特性,预测超声雾化喷嘴的空化产生部位和程度;喷嘴内部和喷嘴口外侧空化强度较大,谐振腔内部无空化现象,只是起到空化泡的破碎作用;进口压力大于3 MPa后对气相体积分数和空化强度影响较小。     

新型复合喷嘴非淹没空化射流仿真研究

采用FLUENT软件模拟新型复合喷嘴的非淹没空化射流流场,并与单喷嘴淹没空化射流和非淹没空化射流流场进行了对比。研究结果表明,新型复合喷嘴结构在非淹没环境下能产生良好的空化效果。     

异形中心体对中心体喷嘴射流性能的影响

为拓展中心体空化喷嘴的应用场合,探索中心体空化喷嘴射流流场特性,提出了在中心体空化喷嘴中采用异形中心体的思路,通过Fluent软件,对含90°锥形柱体、平头柱体和半球柱体3种不同中心体空化喷嘴射流所产生的流场进行数值模拟,重点对流场压力分布、气含率分布以及速度分布进行了对比分析。研究发现:在非淹没情况下,含90°锥形柱体喷嘴和含半球柱体喷嘴比含平头柱体喷嘴产生的空化效果更好,含90°锥形柱体喷嘴产生的楔形空泡射流具有更强的集束性能;含90°锥形柱体喷嘴和含半球柱体喷嘴射流低压区沿轴心扩散效果明显比含平头柱体喷嘴好;含半球柱体喷嘴和含平头柱体喷嘴射流在轴心线上的速度增加比含锥形柱体喷嘴更快,含锥形柱体喷嘴空化区域扩散更稳定。     

中心体空化喷嘴全尺寸结构优化研究

为提高油罐清洗除锈效率和安全性,拓展空化水射流技术的应用场合,设计了一种用锥形喷嘴与90°锥形柱体镶嵌而成的新型中心体空化喷嘴。通过Fluent软件,采用无量纲量,针对不同喷嘴出口段圆柱长度、外喷嘴直径、中心体直径以及内嵌深度参数组合的多种工况进行数值模拟,重点对射流流场的压力分布和气含率分布进行了对比分析,研究表明:所设计的喷嘴射流绕流能够有效产生空化,空化区域主要存在于90°锥形柱体末端附近;含90°锥形柱体中心体空化喷嘴结构的四大参数(L、D、d、l)必须相互配合,在l/d=1附近、L/D=1.5~2.5、D/l=2~2.5能够产生较好的空化效果。     

空化水射流清洗的实验研究

在理论分析空化射流清洗机理的基础上 ,通过实验研究了基于自激振荡空化喷嘴产生空化射流 ,从而提高射流清洗效果的新型清洗方法 ,并实验研究了将该方法用于管道内壁清洗时 ,改善清洗效果的措施。     

空化水射流清洗的实验研究

本文在理论分析空化射流清洗机理的基础上，通过实验研究了基于自激振荡空化喷嘴产生空化射流，从而提高射流清洗效果的新型清洗方法，并实验研究了将该方法用于管道内壁清洗时，改善清洗效果的措施。     

不同入口形状中心体喷嘴诱发空化的模拟

利用Fluent计算软件对3种不同入口形状的中心体喷嘴诱发空化的情况进行模拟。结果表明:锥形入口和流线形入口喷嘴的空化区域较圆柱形入口喷嘴范围更广,空化效果更为显著;对3种喷嘴中心体后轴心速度进行比较,流线形入口喷嘴的轴心速度最高,可达到120.12 m/s,且速度衰减慢,能量损失小。     

水射流割缝喷嘴几何参数优化数值模拟研究

应用SolidWorks软件建立水射流割缝喷嘴内部流场的三维模型,采用标准κ-ε湍流模型模拟喷嘴内部流场,并分析了喷嘴出口速度和动压,将模拟结果用于割缝喷嘴参数的优化。研究表明,对喷嘴性能影响最大的是收缩角和长径比,喷嘴出口处的水平流道对喷嘴性能也有重要影响。     

多孔喷嘴破岩钻孔特性的实验研究

采用自行研制的实验装置研究了孔数和水力参数（冲蚀时间、喷嘴压降、喷距、围压）对多孔喷嘴破岩效果的影响规律。结果表明：喷嘴孔数越多,成孔形状越圆整;破岩效果随着射流压力的增大而呈线性增加;0围压条件下多孔喷嘴存在获得最大破岩体积和孔深的最优喷距约为5～6倍喷嘴当量直径。在围压条件下,多孔喷嘴破岩效果随着围压的增大而大幅下...     

高压水射流冲击压力分布规律的研究

为实现对喷嘴结构和参数的优化,设计更适用于煤层钻孔的高压水射流喷嘴,利用射流冲击压力分布测试装置,对高压水射流冲击压力在射流纵横断面的分布及变化规律进行了实验研究,并对射流冲击压力的分布进行了数值模拟。研究表明:在淹没条件下,随着径向距离的增加,射流冲击压力不断降低,射流颗粒具有的能量越来越小;随着轴向距离的增加,存在等速核区,超过等速核区,射流冲击压力明显降低。     

径向水平钻孔直旋混合射流喷嘴流场特性分析

为解决高压水射流径向水平钻孔时孔径和孔深相互矛盾的问题,设计了一种兼具直射流和旋转射流特点的直旋混合射流喷嘴。运用数值模拟方法,采用RNGk-ε湍流模型对所设计喷嘴的内外流场进行了三维流动特性分析,运用高速摄影对射流结构和破岩特征进行了对比。结果表明,直旋混合射流喷嘴所形成的射流具有直射流和旋转射流特征,比锥形直射流喷嘴扩孔能力强、比旋转射流喷嘴钻孔深度大。直旋混合射流的轴向速度与直射流相比不存在等速核,与旋转射流相比轴心速度高,能够形成一定的钻孔深度,不会形成孔底锥起;切向速度沿喷嘴径向呈现“M”型分布,能形成较大的孔径;径向速度呈轴对称分布,存在明显的漫流层,有助于岩屑的脱离。流场特性模拟结果与实际破岩钻孔特征基本一致。     

基于Fluent的高压水射流喷嘴优化模拟研究

为了提高高压水射流技术的破煤效率,采用Fluent软件对高压水射流的喷嘴结构和几何参数进行了优化模拟。通过分析水射流的轴向速度和壁面静压分布,选择了最佳的喷嘴结构和几何参数。结果表明:圆柱形喷嘴的最大射流速度发生在喷嘴内部,而锥形和锥直形喷嘴的最大射流速度发生在喷嘴外部,且锥形和锥直形喷嘴的最大射流速度和最大压力均明显大于圆柱形喷嘴,考虑到水射流的附壁效应,锥形喷嘴为最佳选择。锥形喷嘴的最优几何参数为:喷嘴出口直径3 mm,喷嘴锥角7°,喷嘴长度9 mm。高压水射流喷嘴的优化对提高煤层瓦斯抽采效率具有重要意义。     

煤岩水力割缝机截割喷嘴特性研究

为了提高煤层的瓦斯抽放效率,利用高压水射流对煤层进行预割缝,而喷嘴是高压水射流系统的执行元件,因此对截割喷嘴进行特性分析;先确定计算区域,建立模型,网格划分并导入FLUENT中,对喷嘴的不同收缩角和直径进行仿真模拟。通过仿真模拟和分析计算,拟合出了速度、压力和喷嘴几何参数的表达式,可以为高压水射流系统设计、喷嘴设计、压力泵的选型提供重要的理论依据。     

矿用前混合磨料水射流喷嘴设计

对前混合磨料水射流喷嘴进行了研究,应用流体力学理论对喷嘴内磨料粒子的加速机理进行了分析,根据理论分析,设计了2种矿用前混合磨料水射流切割设备上使用的喷嘴,对2种不同几何形状、不同几何参数的喷嘴进行了切割试验,切割试验表明设计的喷嘴达到预期效果,根据理论分析和试验结果综合考虑切割质量、加工成本、使用寿命等因素,确定了井下安全切割磨料水射流设备用喷嘴内径为0.8 mm,圆柱段长度为6 mm,内锥面锥角略小于30°。     

喷射式浮选机空气反应器数值计算及实验验证

设计了一种喷射式浮选机多喷嘴空气反应器,并深入研究了反应器的性能及特征。应用工程计算流体力学方法,改变喷嘴数量、喷射角度和喷射压力等参数时,模拟分析了浮选机处理量和吸气量的变化规律;对不同参数条件下,空气反应器内部流体的速度、压力分布及湍动能变化进行了计算和分析,揭示了喷射式浮选机的充气浮选机理;解释了多喷嘴充气效果优于单喷嘴;确定了空气反应器最佳参数。实验结果表明：湍动能与充气效果一致性的规律;浮选机充气实验结果与模拟计算结果吻合,证实了数值模拟的可靠性。     

前混合式磨料水射流喷嘴外流场仿真与实验

通过建立磨料水射流喷嘴有限元模型,对2种不同直径的前混合式磨料水射流的喷嘴外流场进行仿真分析.结果表明,在喷嘴其它几何条件相同的情况下,出口直径对喷嘴的出口速度影响比较大,出口直径越大,出口速度越小;在一定程度上将混合管适当地加长,可以提高磨料射流在喷嘴出口处的速度;磨料水射流最佳的切割距离为喷嘴出口直径的2.0～5.0倍.磨料水射流切割靶体实验结果与靶体冲击仿真结果基本吻合.     

巷道洒水车喷嘴选择及优化布置

对巷道喷雾洒水车的喷嘴选择及布置情况进行了研究。为加大雾化角度,喷嘴选用螺旋喷嘴,通过Fluent流体力学得到了单个喷嘴的水流压力图和流速图。利用空间几何确定6个喷嘴的安装分布,并通过Fluent软件进行了喷雾颗粒的仿真分析,得出的喷雾轨迹图,验证了喷嘴选择及布置的合理性。