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。     

新型高压水除鳞喷嘴流场仿真与试验研究

针对扇形喷嘴的弊端,设计出一种新型热态除鳞喷嘴。喷嘴主要利用射流打击力和水蒸汽膨胀破裂力共同完成除鳞工艺。通过对该喷嘴进行数值计算与试验研究表明:该喷嘴五股射流束之间相互影响,外围射流束发散速度快,中间射流束发散速度慢;喷嘴射流打击力分布不均匀,打击力随靶距增加而减小,同一靶距时,中间射流束打击力大,外围射流束打击力小。最后,通过将该喷嘴应用于热态除鳞生产线,证实了该喷嘴在工业上的可行性,同时也表明该喷嘴还应进一步优化设计。     

不同温度气体喷射特性的PIV试验研究

研究气体的喷射特性,用于指导发动机燃油供给系统的设计和燃烧室有效组织燃烧。基于粒子图像测速技术(PIV),对不同温度、不同压差下气体喷射的特性进行了对比研究。通过试验分析和图像处理等手段对射流流场及涡结构、气体射流边界扩展、喷嘴轴向流速衰减规律、断面流速分布等进行了总结。试验表明:射流边界呈线性扩展,可用锥角大小来表征其特性,锥角随压差的减小而增大,且增幅明显,温度对其也有一定影响。喷嘴射流的轴向速度与射流距离成反比,而速度的影响面积随射流距离的增大而增大,温度的增大使得相同压差下的轴向速度相应增大,断面流速的分布存在很大的相似性。     

乙醇圆柱射流雾化破碎过程的PIV试验研究

在喷雾容弹上利用PIV激光测试系统,研究了容弹背压、容弹温度和喷射脉宽对乙醇圆柱射流破碎雾化的影响。试验结果表明：容弹背压升高,乙醇圆柱射流贯穿距离减小,射流锥角变大;温度由20℃变为60℃时,乙醇运动黏度变小,射流贯穿距离增大,射流锥角略有增加;喷射脉宽的改变对乙醇圆柱射流贯穿距离和射流锥角影响很小,然而大脉宽的乙醇射流雾化困难。     

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。     

直旋混合射流破岩钻孔参数试验研究

直旋混合射流是由通过喷嘴叶轮中心孔的直射流和叶轮加旋槽产生的旋转射流经混合段混合而成的一种新型高效射流,它综合了旋转射流破岩面积大和直射流破岩深度大的优点.试验研究了叶轮中心孔直径、混合段长度、扩展腔扩展角、喷距和压力等5个主要参数对直旋混合射流破岩效果的影响规律.结果表明,叶轮中心孔直径为2mm、混合段长度为8mm、扩展腔扩展角为60°的喷嘴产生的射流具有较强的破岩能力;试验条件下,直旋混合射流破岩最优喷距约为喷嘴出口直径的6倍;增大射流压力可以大幅提高直旋混合射流的破岩体积.     

高压水除鳞喷嘴的分析

在高压水除鳞系统中喷嘴的喷射冲击力的大小及布置是否合理直接影响除鳞效果,因此,在选取喷嘴时要综合考虑影响喷射冲击力的各要素,使冲击力得到最大,并且在安装时确保各射流相互不干扰,抵消,使系统功能发挥最佳     

甲醇低压喷射射流特性试验

在定容弹上利用高速摄影进行不同背压下3种喷油器的甲醇低压喷射射流特性试验。测量3种喷油器不同背压下单次喷射的甲醇质量。使用Matlab软件对数字图像进行后处理,测取射流贯穿距离和射流锥角。结果表明,甲醇射流的贯穿距离、射流锥角和单次喷射的甲醇质量随背压的增加而减小。当背压增加到0.15 MPa以上时,射流贯穿距离快速减小。在喷射初期,射流的锥角较大,随着射流的发展,锥角以波动形式向减小方向变化,最后趋于3.8°。3种喷油器的质量流量随背压的变化符合伯努利方程的变化趋势。2孔和4孔喷油器的质量流量比伯努利方程的理论计算数值大。当背压达到与喷射压力相同的0.3 MPa时,3种喷油器喷射的甲醇质量随喷射时间的增加趋于定值。     

围压下磨料射流套管开孔形状和时间参数试验研究

水力喷射径向水平井和水力喷射分段压裂技术可为低渗透等难动用油气藏提供两种经济高效的开采途径,应用高压磨料射流喷射进行套管开孔是其中关键技术.在分析了磨料射流工作机理的基础上,采用专门的围压装置及相应的试验台架,对磨料射流在围压下射穿套管的形状和时间参数进行了试验研究.着重研究了喷嘴压降、围压、喷距和喷嘴直径对射穿套管时间的影响,得出以下结论:随着喷嘴压降的增大,射穿套管时间缩短;随着围压的增大,射穿套管的时间延长;随着喷射距离的增大,射穿套管的时间延长;随着喷嘴直径的增大,射穿套管时间缩短.在本试验条件下,磨料射流射穿套管的孔径在10～14mm,射穿时间在18～330s范围内.     

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.     

水力喷射径向水平井射流钻头优选试验研究

射流钻头的破岩性能对井眼深度和大小有重要影响。本文对径向水平井常用的2种射流钻头——多孔喷嘴和混合射流喷嘴采用室内试验的方法对它们的破岩规律和破岩性能进行了分析和对比。结果表明,冲击时间、喷嘴压降、喷距和围压对2种喷嘴破碎效果的规律基本相同,混合射流喷嘴的最优喷距不明显,多孔喷嘴的最优喷距为5～6倍喷嘴当量直径,多孔喷嘴的破岩性能要优于混合射流喷嘴,同时混合射流喷嘴在破碎孔径大小方面优于多孔喷嘴。本文可以为水力喷射径向水平井射流钻头的选择提供试验依据。     

An investigation on effect of geometrical parameters on spray cone angle and droplet size distribution of a two-fluid atomizer

A visual study is conducted to determine the effect of geometrical parameters of a two-fluid atomizer on its spray cone angle. The liquid (water) jets exit from six peripheral inclined orifices and are introduced to a high speed gas (air) stream in the gravitational direction. Using a high speed imaging system, the spray cone angle has been determined in constant operational conditions, i.e., Reynolds and Weber numbers for different nozzle geometries. Also, the droplet sizes (Sauter mean diameter) and their distributions have been determined using Malvern Master Sizer x. The investigated geometrical parameters are the liquid jet diameter, liquid port angle and the length of the gas-liquid mixing chamber. The results show that among these parameters, the liquid jet diameter has a significant effect on spray cone angle. In addition, an empirical correlation has been obtained to predict the spray cone angle of the present two-fluid atomizer in terms of nozzle geometries.     

Atomization characteristics of intermittent multi-hole diesel spray using time-resolved PDPA data

The intermittent spray characteristics of a multi-hole diesel nozzle with a 2-spring nozzle holder were investigated experimentally. Without changing the total orifice exit area, the hole number of the multi-hole nozzle varied from 3 (d_n=0.42 mm) to 5 (d_n=0.32mm). The time-resolved droplet diameters of the spray including the SMD (Sauter mean diameter) and the AMD (arithmetic mean diameter), injected intermittently from the multi-hole nozzles into still ambient air, were measured by using a 2-D PDPA (phase Doppler particle analyzer). The 5-hole nozzle spray shows the smaller spray cone angle, the decreased SMD distributions and the small difference between the SMD and the AMD, compared with that of the 3-hole nozzle spray. From the SMD distributions with the radial distance, the spray structure can be classified into the three regions : (a) the inner region showing the high SMD distribution; (b) the mixing flow region where the shear flow structure would be constructed; and (c) the outer region formed through the disintegration processes of the spray inner region and composed of fine droplets. Through the SMD distributions along the spray centerline, it reveals that the SMD decreases rapidly after showing the maximum value in the vicinity of the nozzle tip. The SMD remains the constant value near the Z/d_n=166 and 156.3 for the 3-hole and 5-hole nozzles, which illustrate that the disintegration processes of the 5-hole nozzle spray proceed more rapidly than that of the 3-hole nozzle spray.     

喷嘴雾化流场数值仿真及结构改进研究

针对空气喷嘴形状对雾化性能影响的问题,对不同扇面结构参数下的空气喷嘴的雾化性能进行了研究,对空气喷嘴结构参数与雾化流场之间的规律进行了归纳,提出了一种空气喷嘴的结构模型,基于雷诺N-S方程与标准K-ε湍流模型以及标准壁面函数法,采用CFD方法对不同扇面孔数量及不同扇面锥角下的空气喷嘴的雾化性能进行了数值仿真,分析了空气喷嘴不同扇面参数的改变对雾化性能的影响,并通过搭建喷枪台架实验,对优选的结构模型进行了实验验证。研究结果表明,仿真结果与实验数据基本符合要求,改进后的空气喷嘴雾化性能得到了改善,为今后空气喷嘴结构的优化设计提供了一定的参考。     

喷水减温阀离心喷嘴雾化性能的优化研究

为了探索喷水减温阀喷嘴结构参数变化对其雾化效果的影响,优化喷嘴结构参数,根据Fluent软件VOF模块对喷水减温调节阀的离心喷嘴进行气-液两相仿真分析。以喷嘴出口直径、旋流槽倾斜角、旋流室收缩角作为优化因素,以雾化锥角、流量系数作为雾化性能的评价指标,进行正交实验设计。基于响应面法建立雾化锥角和流量系数的代理模型,再运用粒子群优化算法对代理模型进行寻优,得到一个最优结构参数。结果表明:当出口直径为2.55 mm,旋流槽角度为40°,旋流室角度为110°时,雾化性能得到最优,雾化锥角比原模型增大17.7％,流量系数增大32.53％,为喷嘴的设计提供了一个新的方案。     

A macro-microscopic investigation of high-pressure sprays injected by a common rail system

The main purpose of this research is to investigate high-pressure diesel oil sprays generated by a common-rail system through small nozzle holes. High-speed photography, phase Doppler particle analyzer (PDPA), and a combination of data obtained with high-speed photography and PDPA, based on the light extinction principle within sprays are used to deal with the objective. The sprays are characterised in an environment, which simulates in-cylinder air density of the actual diesel engine when the injection starts. However, it must be pointed out that isothermal condition at room temperature is considered and no-evaporation of drops occurs. A wide parametric study has generated evidence needed to quantify the influence of the common-rail pressure, nozzle hole diameter and environment gas density on the macroscopic evolution of sprays (spray tip penetration, and spray cone angle) as well as microscopic behaviour (spatial and temporal evolution of drop size, drop velocity and drop concentration distributions).     

定向喷嘴布置对PDC钻头井底流场影响研究

定向喷嘴布置的方式对PDC钻头的井底流场将有很大的影响,尤其是能改变PDC钻头的水力性能,因而研究定向喷嘴布置具有重要的意义.本文分析了喷嘴的不同布置方法,并通过数值方法模拟其对PDC钻头井底流场的影响.结果表明:在不完全对称布置方案的冲击区,在射流刚开始从喷嘴处流出去,但还未接触井底,各喷嘴射流处于衰减地带之内,这样的话将对钻头的清洗和携带岩屑离开井底非常有效果;在漩涡区,喷射角大、距钻头中心远的喷嘴射流则对清洗和携带井壁附近的岩屑起主要作用,喷射角小、距钻头中心近的喷嘴射流则对清洗和携带井底中心的岩屑起主要作用;在刀翼上的附面层由于周围喷嘴的影响,刀翼切削面低速区明显减少,剪应力增大,更好地预防、清除PDC钻头的泥包.最终达到提高机械钻速的效果.     

磨料射流切割机的试验研究

本文介绍了前混合式磨料射流切割机的结构,工作原理以及用该机对金属和非金属材料进行的切割试验,指出射流工作压力、喷射靶距、喷嘴横移速度、磨料重量比浓度等是影响工作能力的主要因素,喷嘴直径及其内腔结构、磨料粒子尺寸等也是影响割缝宽度及表面形态的因素.试验对此表明,它比纯高压水射流和后混合式磨料射流切割机性能优越,是一种新型的、有广阔应用前景的工业切割设备.     

MODELING OF A SOLID CONE PRESSURE-SWIRL ATOMIZER

ＭＯＤＥＬＩＮＧＯＦＡＳＯＬＩＤＣＯＮＥＰＲＥＳＳＵＲＥ－ＳＷＩＲＬＡＴＯＭＩＺＥＲＭＯＤＥＬＩＮＧＯＦＡＳＯＬＩＤＣＯＮＥＰＲＥＳＳＵＲＥ－ＳＷＩＲＬＡＴＯＭＩＺＥＲＣｈａｎＴａｔＬｅｕｎｇ（ＴｈｅＨｏｎｇＫｏｎｇＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒ...