旋转空化喷嘴结构优化设计及涡旋特性分析

为提升高压水射流破碎开采天然气水合物的效率,优化设计一种旋转空化射流喷嘴。利用计算流体力学方法探究不同叶轮数、叶轮加旋角度、入口速度和出口围压对旋转空化射流特性的影响规律,对比分析旋转空化射流和收缩-扩张型空化射流的流场分布规律、涡旋特性及天然气水合物沉积物的破碎特征。研究结果表明：叶轮加旋角度对旋转空化射流的影响明显比叶轮数的影响大,叶轮数及叶轮加旋角度的优化值分别为3个和360°;在喷嘴结构固定的情况下,提高入口速度能获得空蚀及射流冲蚀能力更强的旋转空化射流,而围压升高则会弱化流场中空化云的初生与发展;旋转空化射流因兼具正向冲击、径向张力及周向剪力和“梭形”空化云特点,较收缩-扩张型空化射流有更优的破岩效果;叶轮旋转效应所产生的中心涡使得旋转空化射流的涡结构更加复杂,流场中更易形成“负压”区以提升射流的空蚀能力。     

自振空化射流研究与应用进展

介绍一种新型射流——自振空化射流的设计原理、冲击压力特性、冲蚀破岩特性和现场应用情况。研究表明，以风琴管结构为基础设计的喷嘴可以产生强烈的自振空化射流，与锥角为 120°的普通锥形喷嘴相比，冲击压力脉动幅度和峰值分别提高24 ％和37 ％，冲蚀岩石效果提高1～2倍。自振空化射流已成功应用到石油工程中，研制出自振空化射流钻头、高压旋转自振空化射流处理近地层技术和自激波动注水技术，取得明显的经济效益。     

基于Fluent的射流喷嘴结构设计与优化

合理地选择射流喷嘴参数,实现天然气水合物的固态硫化开采,是促进天然气水合物商业化采掘的关键因素之一.利用Fluent软件建立不同结构参数的单喷嘴流场湍流模型,仿真分析了5种不同结构尺寸的喷嘴对水合物射流破碎的影响,并通过正交试验对单喷嘴结构参数进行优化.仿真结果表明:喷嘴出口处带有扩散角时有利于利用水射流的能量,达到良好的射流破碎效果;最优的喷嘴结构参数为,入口直径D=2.0mm,过渡段直径d0=0.8mm,过渡段长度l=4mm,收缩角α1=24°,扩散角α2=10°.     

空化射流处理有机废水的机理

空化射流是一种处理效率高、操作简单的有机废水处理新技术,主要利用空泡溃灭时产生的局部高温高压降解有机物,能量利用率比超声空化处理更高.综述了空化射流的机理,然后从自由基反应、直接热分解和超临界水氧化三方面对其处理有机废水的机理进行了探讨,并分析了喷嘴结构、射流空化数、泵压和围压以及有机废水理化性质对空化效应的影响.     

射流泵空化影响因素的数值分析

基于URANS方法,对射流泵内空化流动进行了数值模拟.采用喷嘴出口处的脉动压强及泵内平均汽相份额为指标分析了不同工作参数、结构参数和初始含气量对射流泵空化影响.结果表明,对同一射流泵,当初始含气量相同时,随着工作压力的升高或出口压力的降低,空化加剧;对同一射流泵在相同工作参数下,水体中初始含气量越高,空化越严重;对不同面积比的射流泵,当初始气含量和工作参数相同时,面积比越小,空化越严重.     

空化射流稠油降粘实验系统的设计与实验研究

本文利用空化射流技术开展了稠油降粘的实验研究。根据实验条件自行设计和制造了空化射流稠油降粘实验系统,并利用该实验系统研究了两种空化喷嘴及空化射流处理次数等参数对稠油降粘效果的影响,分析了稠油在空化射流处理前后粘度发生的变化。实验研究结果表明：两种空化喷嘴对稠油的降粘都有一定的作用,稠油粘度随着空化射流处理次数的增加逐渐降低。通过角形空化喷嘴和风琴管空化喷嘴处理后,稠油粘度最大降低52mpa?s和88mpa?s,降粘率分别为13.33%和18.49%。实验验证了空化射流技术可以一定程度的改变稠油的性质,实现稠油的降粘,改善稠油的品质,在合理运用下可以成为一种稠油降粘的新方法。     

自振空化射流改善油层渗透率机理及实验研究

可以利用自振空化射流的振动和空化特性来解除或减轻地层堵塞,提高渗透率.借助高压釜装置对围压下自振空化射流提高污染岩心渗透率进行了实验研究.结果表明,随喷嘴出口直径、射流压力增加,自振空化射流改善油层渗透率的作用效果增强;处理中低渗岩心比高渗岩心需要更长的时间,对不同渗透率岩心作用效果不同,对中低渗、高渗岩心射流作用效果明显;空化噪声作用深度随射流压力的升高而增加.现场应用表明,自振空化射流在油井解堵、注水井增注方面作用效果明显.实验为拓宽自振空化射流的研究和应用领域提供了重要的参考依据.     

双射流流动特性数值模拟和PIV实验研究

提出了将同轴直射流与旋转射流组合形成新型双射流的喷嘴结构和原理,并采用RNGk-ε模型对双射流喷嘴内外流场进行了数值计算,结果表明,喷嘴压降一定时,存在3种轴心速度衰减曲线;喷嘴加旋流道导程是决定轴心速度衰减模式的主要因素.存在一个最佳导程可以同时满足大的射流冲击面积和作用距离的要求.应用PIV实验系统对优化后的双射流流场进行了实验研究.     

补气位置对改善射流泵空化性能的试验

对面积比为2.78和4.94的射流泵分别进行了试验,测得不同空化工况下在喉管不同位置补气时噪声和振动的变化.试验结果表明,不同空化阶段在喉管的任何位置补气,都可以降低射流泵的空化噪声和振动;随着补气量的增加,空化噪声和轴向振动加速度的降低也越明显,噪声的最大降低值可达5.1 dB,轴向振动加速度最大可降低4.3 m/s2;补气可以改善射流泵喉管内的压力分布,破坏极限工况下流动的臃塞现象,提高射流泵的空化性能;在喉管最低压力点处及邻近上游位置补气可更有效地抑制射流泵的空化,最优的补气位置为距喉管入口的1～3倍喉管直径处.     

淹没磨料射流的空蚀能力分析

淹没磨料射流的空蚀能力决定着磨料射流在水下切割能力的强弱.采用高压密闭容器模拟水下环境,利用磨料射流系统、数码摄像系统,实验研究了淹没磨料射流的紊流特性,进行了空蚀能力的理论分析.探讨了淹没磨料射流紊流系数随泵压、围压的变化规律.研究表明,文丘里型空化喷嘴的射流系统中,相同条件下,5 MPa以上淹没磨料射流的空化数较纯水空化射流大,磨料的存在使淹没磨料射流空蚀能力降低.     

湍流模型对风琴管喷嘴空化射流数值模拟的影响分析

针对不同湍流模型对空化射流流场数值模拟影响问题,本文基于ZGB空化模型和WALE亚格子模型,采用大涡模拟（LES）和RANS模型对风琴管喷嘴空化射流流场进行数值模拟研究,分析内外流场的压力分布、速度分布以及空化云演变规律,并将空化云演变规律与实验结果进行对比分析。结果表明,LES模型速度、压力分布更符合实际情况,空化云演变规律与高速摄像拍摄结果基本吻合,LES模型可以更准确地模拟风琴管喷嘴空化射流流场。对风琴管喷嘴结构优化、打击力度与目标靶距的预测更准确。     

淹没磨料射流效应实验研究

在前混合磨料射流系统和淹没射流环境下,借助数码摄像测试系统,研究淹没磨料射流中空泡云的形成以及空泡云长度随泵压、围压的变化规律.研究结果表明:在淹没磨料射流中,空化噪音随围压的增加而减少;在低围压阶段,空化噪音衰减明显,淹没磨料射流不出现最大噪音的峰值围压;而随泵压的增加,空化噪音逐渐增加,其变化规律与清水空化射流产生的空化噪音变化规律基本一致;泵压增加,花岗石的冲蚀深度增加,泵压与冲蚀深度呈指数函数分布;围压增加,花岗石的冲蚀深度减少,最优空蚀效应围压为1 MPa.     

自激振动空化水射流的冲蚀研究

基于文献〔1,2,3〕,我们设计了一自激振动空化射流装置,对其空化机理和冲蚀白沙砖的结果进行了分析;并在同种条件下,以冲蚀体积为指标,与普通水射流的冲蚀结果进行了比较。实验发现,空气引入位置和引入量,装置几何参数对自激振动空化射流的冲蚀强度影响很大。而且由于空化射流以脉冲形式喷出,靶物遭受空泡和水滴作用,故在一定靶距范围内,冲蚀效果随靶距变化不明显。与连续水射流相比较,自激振动空化射流的冲蚀体积和冲蚀面积均比普通连续水射流大一倍以上。     

磨料浆体旋转射流的速度分布及其受聚丙烯酰胺添加剂的影响

利用粒子成像速度场仪(PIV)对磨料浆体旋转射流的时均速度场进行了测量,得出了射流中磨料粒子的速度分布和滑移速度分布,并考察了聚丙烯酰胺添加剂对其的影响.结果表明,淹没条件下,射流中磨料粒子的速度分布仍类似于高斯分布;随喷距增加,在射流轴心附近的磨料轴向速度和滑移速度都先增加后降低;实验条件下,磨料浆体旋转射流的扩散角为20°,比非旋转射流的扩散角大1.52倍,因而旋转射流具有钻大直径孔眼的能力;聚丙烯酰胺具有抑制射流横向扩展和降低射流轴向衰减的作用,随聚丙烯酰胺质量分数的增加,射流固液两相的速度都相应提高.     

自振空化水射流冲击压力脉动的实验研究

研究了在常压和围压达到６ＭＰａ条件下，时域和频域上自振空化水射流的压力脉动特性．给出了评价压力脉动特性优劣的三个参数：最大脉动峰值压力、压力脉动幅度和脉动压力峰值差，得到了三个参数沿轴向和径向的变化规律及喷距、泵压、围压对射流压力脉动的影响规律。实验表明．自振空化射流存在最优喷距．在此喷距下脉动最强；在常压和围压条件下脉动规律不同，脉动随围压的升高而加剧．通过对风琴管脉冲喷嘴的改进，得到了一种新型的自振空化射流喷嘴。实验证明．这种新型喷嘴可提高射流的压力脉动强度及破岩效果。     

自振空化射流改善油层渗透率机理及实验研究

可以利用自振空化射流的振动和空化特性来解除或减轻地层堵塞，提高渗透率。借助高压釜装置对围压下自振空化射流提高污染岩心渗透率进行了实验研究。结果表明，随喷嘴出口直径、射流压力增加，自振空化射流改善油层渗透率的作用效果增强；处理中低渗岩心比高渗岩心需要更长的时间，对不同渗透率岩心作用效果不同，对中低渗、高渗岩心射流作用效果明显；空化噪声作用深度随射流压力的升高而增加。现场应用表明，自振空化射流在油井解堵、注水井增注方面作用效果明显。实验为拓宽自振空化射流的研究和应用领域提供了重要的参考依据。     

非成岩水合物单喷嘴射流破碎规律实验研究

为了提高单喷嘴射流破碎采掘水合物的效率,推进海洋非成岩水合物固态流化开采的商业化进程,基于非成岩水合物替代试样,设计非成岩天然气水合物单喷嘴射流破碎实验方案,搭建单喷嘴射流破碎实验系统,研究射流时间、射流靶距、射流压力和喷嘴水平段直径等因素对替代样射流破碎深度和破碎体积的影响.研究结果表明:在所设的实验条件下,随时间增...     

旋转射流降尘的实验研究

介绍了矿用防尘射流主要参数的最佳值并在不同压力下对旋转射流，脉冲射流及普通射流的降尘参数进行了实验分析。     

仿生射流表面流场控制减阻数值模拟

利用SST k-ω湍流模型对仿生矩形射流表面的减阻特性进行数值模拟,解释了射流表面减小摩擦阻力的原因及对近壁区边界层的控制行为.结果表明,射流孔面积相等时,射流孔与射流表面沿展向长度的比值越大,减阻效果越好.当其它因素不变时,随着射流速度的增大减阻率逐渐增大,随着射流流量的增大减阻率逐渐增大,最大减阻率为35.97%.射流表面对边界层的控制行为表现为主流场近壁区的剪切流动遇到射流的阻抗,在射流孔的背流面形成逆流区,逆流在边界层底层产生的剪应力与主流场方向相反;同时在射流孔下游产生反向旋转涡对并在近壁面诱导出二次涡,相当于在高速流体与壁面之间产生润滑带,使边界层黏性底层厚度增大,速度梯度减小,摩擦阻力减小.     

气-固两相旋转射流场稳定性研究

采用考虑悬浮固粒与气流相互作用的Marble压力耦合模型和涉及悬浮固粒容积系数与平均固粒雷诺数的修正斯托克斯阻力公式,得到了含悬浮固粒的旋转射流稳定性控制方程及相应的修正瑞利稳定性准则．通过计算,给出了不同团粒属性及气相跳跃速度下旋转射流的增长率和发展系数曲线,根据所得稳定性准则,得到了固粒属性对旋转射流稳定性影响的重要结论,文中结论为工程控制旋转射流场及后续发展提供了理论依据．