空化水射流研究现状及其应用

综述了高压水射流技术发展及应用过程,认为空化水射流是一种富有发展前途的高效新型射流．通过对空化水射流机理、空化数和冲击压力两个重要空化参数的分析,显示了空化射流的潜在优势．实验表明人工淹没空化射流具有较强的冲蚀效果,并克服了靶距范围的不足．简要介绍了该技术应用于火箭发动机内脏固体推进剂清洗工程的射流系统设计．     

基于ALE算法的水射流破土特性

为探究水射流破土过程中射流参数对破土特性的影响,通过ALE流固耦合算法建立了淹没状态下水射流破土的数值模型,开展水射流破土的室内试验验证了数值计算结果的准确性。基于数值模型分析不同射流速度和靶距下冲蚀深度与体积的变化特征,探讨射流参数对破土特性的影响机制。研究结果表明：水射流破土形成的冲蚀深度随着射流速度的增大而逐渐变大,且随着射流时间的增加会呈现线性增长、缓慢稳定增长和稳定三个阶段;靶距越大冲蚀深度越小,但冲蚀体积受射流速度的影响较大,在低速时冲蚀体积随靶距的减小而增大,而在高速时冲蚀体积则会先减小后增大再减小;基于试验结果分析敏感性可知射流速度对冲蚀深度与体积的影响程度要大于靶距。     

高压水射流切割HTPB推进剂的实验分析

为考察高压水射流对HTPB推进剂在安全条件下的冲击效应和主要射流参数在不同工况条件下的切割效果,利用自研的实验平台,在出口压力60～100 MPa的安全范围内,开展了高压水射流切割HTPB推进剂的实验研究。通过正交实验,以质量损失率为衡量指标,完成了固定式切割中出口压力、靶距、喷嘴直径和喷头转速4个参数的优化。以固定条件下的射流参数为基础,以质量损失率及切割深度为衡量指标,分析得出移动式切割中出口压力、靶距和横移速度3个因素对切割效果的影响规律。实验结果表明：固定式切割中的射流参数存在最佳值,即当出口压力为96 MPa、靶距为20 mm、喷嘴直径为0.3 mm、转速为3 000 r/min时,切割损失率最高为68.3%。在此工况下开展移动式切割实验可知,质量损失率和切割深度与出口压力的增大基本呈正比关系,与靶距的增大呈反比关系,并且随横移速度的增加呈衰减趋势。     

淹没状态下超高压磨料水射流切割实验研究

利用水射流切割实验系统,在80～240 MPa压力范围内对完全淹没状态下磨料水射流切割岩石的性能进行了实验研究.通过实验及数据分析,得出了磨料粒径和质量流量、射流压力、靶距、切割横移速度等参数对射流切割性能的影响规律.结果表明,在实验给出的工况条件下,磨料流量存在最佳值,在一定范围内切割深度随磨料流量增加而增加,当磨料流量达到一定值后,切割深度随流量增加反而下降;切割深度与射流压力基本呈线性增长关系;随着靶距的增大,切割深度逐渐减小;切割深度随切割速度的增加呈指数衰减趋势.     

淹没状态下超高压磨料水射流切割实验研究

利用水射流切割实验系统,在80-240MPa压力范围内对完全淹没状态下磨料水射流切割岩石的性能进行了实验研究．通过实验及数据分析得出了磨料粒径、质量流量、射流压力、靶距及切割横移速度等参数对射流切割性能的影响规律．结果表明,在实验给出的工况条件下,磨料流量存在最佳值,在一定范围内切割深度随磨料流量的增加而增加,当磨料流量达到一定值后,切割深度随流量的增加反而下降;切割深度与射流压力基本呈线性增长关系;随着靶距的增大,切割深度逐渐减小;切割深度随切割速度的增加呈指数衰减趋势．     

基于ALE算法的水射流冲击不规则靶体 冲击压力特征

水射流冲击压力是评判其能否有效破碎物料的力学判据,然不同形状的靶体对射流冲击压力影响较大.基于Arbitrary Lagrangian-Eulerian算法,数值研究了水射流冲击凸面、斜面、平面与凹面钢板过程中的冲击压力特征.研究结果表明:(1)水射流只有在冲击斜面与平面时,其冲击压力才会出现典型的水锤压力阶段与滞止压力阶段,当冲击凹面时出现双峰值特征,而冲击凸面时出现多峰值特征;(2)水射流冲击不同形状的钢板靶体时,水锤压力峰值与射流速度呈二次方关系,水锤压力持续时间与射流速度呈指数关系;(3)在相同的射流速度下,凹面靶体所受水锤压力峰值最大、持续时间最长,凸面靶体所受水锤压力峰值最小、持续时间最短,斜面与平面靶体介于二者之间.     

缝隙冲击射流淬火对流换热的影响因素

采用有限元方法对非淹没缝隙射流冲击区单相对流换热进行数值模拟.结合辊式淬火冷却的特点,分析了缝隙射流冲击区对流换热的影响因素如射流速度、射流出口距冲击板的距离(高度)、喷嘴宽度、射流出口速度方向与冲击板之间的夹角、水温等.结果表明:在淬火100 mm厚钢板时,经济实用的工艺参数为射流速度40～45 m.s-1,射流出口距冲击板的距离(高度)20 mm,喷嘴宽度2 mm,射流出口速度方向与冲击板之间夹角45°,水温10～35℃.     

诱导喷咀装置基本特征参数的试验研究

淹没射流的有效靶距一般较非淹没射流要小得多。为了提高淹没射流的有效靶距,本文提出了诱导喷咀装置并分析了喷咀装置的诱导机理。当诱导不同介质时,测试了d_2/d_1 (下游喷咀直径/上游喷咀直径)之值的变化对诱导喷咀装置特性的影响。给出了较为合理的装置参数。d_2/d_1=2.0时诱导空气喷咀装置的射流轴心滞止压力随靶距变化曲线的近似直线段达L/d_1=10～12。诱导喷咀装置和普通喷咀进行了冲蚀试样的对比实验,并讨论了诱导喷咀装置的几种应用可能性。     

不同围压下自激吸气式脉冲射流装置性能试验研究

针对深水水库泥沙处理技术问题和需求的迫切性,运用自行研制的试验装置对不同围压(模拟不同水深)下的自激吸气式脉冲射流装置性能进行了试验,研究分析了工作压力、围压、靶距对脉冲射流冲击力的影响,并对装置吸气量的变化及启动吸气压力进行了初步分析.结果表明,脉冲射流冲击力随工作压力的增加而增大,随围压和靶距的增加而减小;装置吸气量随工作压力的增加而增大,增大的速度随围压的不同而不同,并逐渐趋于稳定;启动吸气压力随围压增加而增大,且表现出一定规律性.研究结果为进一步深入研究自激吸气式脉冲射流及其在水库清淤等工程应用方面提供依据.     

基于Fluent的清洗道路标线喷嘴的仿真分析

为了研究高压水射流清洗道路标线的效果,利用Fluent软件对清洗道路标线的喷嘴进行模拟仿真分析.研究了高压水射流喷嘴不同入口压力、不同入口直径、不同收缩角和不同冲击角度对清洗效果的影响.最终选择喷嘴出口直径d=1 mm,入口直径D=5 mm,收缩角α=30°,长径比l/d=3,用来建立喷嘴内外流场的仿真模型.结果表明:在入口压力为100 MPa和冲击角度为30°的条件下,沿着路面方向的高压水射流具有更大的能量和速度,能够较好的清洗路面标线.     

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。     

油井中磨料射流割缝机理研究

研究了油田油井中磨料射流割缝的机理,阐明了磨料射流割缝时流体在缝隙中流动的状态,讨论了水力喷砂割缝时射流流动情况,认为在套管中对套管割缝时系自由淹没射流,说明了油井中磨料射流割缝是三面附壁复合射流的原理,解释了不同材料在高压水射流作用下的破坏形式和为什么淹没磨料射流在压力很低的情况下仍然能够将靶距为1000mm以外的5mm钢板击穿。     

水下环境模拟及水深对磨料射流性能影响的研究

依据流体静力学理论,确定实验室模拟淹没水射流的方法及装置,利用此装置模拟水深对淹没磨料射流的冲蚀性能的影响进行了研究．实验结果表明,在相同的工况下,达到一定的模拟水深后,淹没磨料射流的冲蚀性能呈下降趋势．     

超音速气射流破煤机理及其影响因素研究

气射流破煤是高压气体经喷嘴加速,在空气中自由发展,最终冲击破煤的连续综合过程。基于空气动力学与岩石力学理论,利用气射流破煤的连续过程机理。制取4种不同强度的试块进行的气射流破煤影响因素研究,分析不同恒定条件下,高压气射流冲击形成的冲蚀坑深度和面积的影响。存在最优靶距为30mm、最优喷嘴规格为2.75Ma和3.5Ma以及冲蚀坑深度随着喷嘴入口压力的不断提高总体呈不断增大的趋势,冲蚀坑面积亦呈现随着喷嘴入口压力提升而增大的趋势。     

直接空冷凝汽器干式吹扫系统的喷嘴流场特性

针对干式吹扫系统压缩空气从喷嘴射入到凝汽器翅片时,其速度减小影响吹扫效果的问题,运用射流动力学和计算流体力学理论对喷嘴外流场进行模拟,分析喷嘴结构和喷嘴到翅片的距离(靶距)对喷嘴射流能力的影响。研究结果表明:在相同靶距和工作压力下,与圆柱长度30 mm、直径为1.6 mm的喷嘴相比,圆柱长度为25 mm、直径为1.8 mm的喷嘴射程更长,速度更高,射流能力更强;在相同条件下,与单孔喷嘴相比,双孔喷嘴的射程更长,射流面积更大,喷嘴射流能力更强。靶距越大,翅片入口的空气速度越小,射流面积则先增大后减小;为满足较高的吹扫效果,当喷嘴入口压力为0.65 MPa时,选取收缩角为40?,圆柱长度为25 mm,圆柱直径为1.8 mm的喷嘴结构,采用双孔布置,最佳靶距为40 mm。     

前混式高压磨料水射流切割锚杆性能实验研究

为了研究高压水射流切割煤矿锚杆的问题,利用自行搭建前混式高压磨料水射流切割系统对煤矿用的锚杆进行切割试验,通过对射流压力、磨料参数、横移速度和喷射靶距等参数对切割能力影响的探讨,得出射流压力与切割深度可以简化为线性关系,喷嘴横移速度与切割深度可以简化为反比关系,以及磨料参数和靶距存在最优值等结论,同时获取了切割所需的最佳工艺参数。     

脉冲磨料射流主要参数对切割性能的影响

通过实验，研究了淹没和非淹没状态下磨料浓度、振荡腔腔长、靶距等参数与脉冲磨料射流的切割和冲蚀性能的关系，对比分析了脉冲磨料射流与前混合磨料射流在相同实验条件下对花岗石、石灰岩等的切割、冲蚀性能。实验结果表明，脉冲磨料射流的最大切割深度和体积冲蚀速度在淹没状态下分别是前混合磨料射流的1.67倍和１.72倍,而在非淹没状态下为１.39倍和１.47倍。这对提高磨料水射流的切割效率、降低比能耗，扩大磨料水射流的应用范围奠定了基础。     

高压空化水射流破碎岩石的试验分析

在不同泵压和淹没压力每件下,针对不同类型的空化喷嘴对高压空化水射流破碎岩石效果进行了一系列实验研究,其主要目的是探讨高压空化水射流的冲蚀能力与水力参数的相互关系,提高破岩效率。结果表明：射流的驱动泵压与冲蚀深度成正比;围压增加将使冲蚀深度降低;水射流存在一个最佳靶距;冲蚀时间具有区域性,冲蚀深度最终将趋于稳定,增加不明显;收敛型喷嘴的冲蚀深度远小于缩放型喷嘴的冲蚀深度．     

后混合水射流喷丸喷头外流连续相数值模拟

为研究后混合水射流喷丸喷头外流场的运动特性,应用FLUENT软件对后混合水射流喷丸喷头外流场连续相进行了数值模拟。根据射流的湍动特性,连续相采用三维不可压缩稳态雷诺时均N-S方程,湍流模型采用标准k-ε模型。分析喷丸压力和靶距对外流连续相轴向速度和轴向动压强的影响。结果表明,外流连续相水的轴向速度和轴向动压强具有显著对称性,最大轴向速度和轴向动压强均出现在射流轴线上。其值随喷丸压力的增加而增大,随喷丸靶距的增加而减小。当喷丸压力为350 MPa、喷丸靶距为50 mm时,最大轴向速度为22.0 m/s,最大轴向动压强为0.24 MPa。该研究为外流离散相弹丸运动状态的分析奠定了基础。     

多功能水射流测试与碎岩实验装置及应用

鉴于水射流性能的优越性和应用的广泛性,开展水射流方面的研究是很有必要的。自主研发的多功能水射流测试与碎岩教学模型实验装置,主要由实验装置台架、水射流动力系统、控制与检测系统、岩样加持与固定系统和流体循环系统五部分组成,可实现包括对水射流打击力值和碎岩实验测试在内的多种功能。实验测试结果表明：水射流打击力值存在最优喷距,且打击力值随喷射压力的增大而增大;当水射流平行于油页岩层理方向打击时碎岩更容易,非淹没脉冲射流能够获得更好的碎岩效果。事实表明,本实验装置能够达到对水射流研究工作的预期目的。