水下超声速气体射流的力学机制研究

介绍了对水下超声速气体射流的力学机制的实验研究. 在自行设计研制的实验系统里, 高压空气通过缩放喷嘴(拉伐尔)喷入一个3维水槽中. 射流在不同的工况下运行, 即过膨胀、适配和欠膨胀状态. 用一台CCD摄像机, 对射流流场进行了可视化. 实验发现, 超声速气体射流在水中的喷射, 总是伴随着很强的流体振荡, 而这种振荡与射流气相介质中的激波反馈现象有关. 对射流压力场进行了详细的测量, 证实了气相介质中的激波反馈现象. 但是, 这里讲的激波反馈不同于超声速气体射流在开放大气空间中释放时的声学反馈(声学反馈引起尖锐刺耳的声调). 它是这样一个过程：封闭在射流气袋中的激波引起射流内部的大幅度的、周期性的压力脉动; 然后, 压力脉动引起射流振荡, 包括大幅度气体膨胀现象的出现. 为了验证这种激波反馈现象, 我们对流场进行了详细的压力测量. 设计了三种压力测量装置, 即浸没在水中的压力探头; 在喷管装置侧壁上的压力测量; 在喷管装置前壁上的压力测量. 实现了对喷嘴下游、喷嘴附近以及喷嘴上游的压力测量, 而且各压力测量结果体现了很好的一致性. 研究表明, 射流的每一次振荡, 都引起一次压力的突然增加, 激波反馈的平均频率为5~10 Hz.     

围压下磨料射流喷射套管及灰岩实验研究

在设计可承受围压的磨料射流喷射实验装置基础上,选取低孔低渗的石灰岩及套管试件,改变喷射压力、围压、喷嘴直径、喷射距离等因素,分析磨料射流切割套管及岩心的特性。结果表明,喷射压力、喷嘴直径等是影响磨料射流喷射效果的主要控制因素,喷射压力及喷嘴直径越大,喷射效果越好,射孔深度越深;射穿套管的时间对喷距及围压较为敏感,但岩样中的射孔深度对二者变化时的响应较小。     

不同形状喷嘴的高压水射流冲击力特性实验

高压水射流的柔性冲击力是评判其能否有效破碎物料的力学判据,喷嘴的出口形状对射流的冲击力影响较大。设计了5种不同形状的喷嘴,在自主设计的水射流冲击测试平台上开展了冲击实验,并采用PVDF压电薄膜传感器和高速摄像机来记录测试数据。实验结果表明：在相同的工况下,圆形喷嘴水射流的集束性最好,冲击诱导的冲击波对流体的扩散形态影响最大,最终导致其中心冲击压力最大;依次是正方向喷嘴、三角形喷嘴与十字形喷嘴,椭圆形喷嘴的水射流形态最为发散,其中心冲击压力最小;所有喷嘴形状水射流的峰值压力均随系统泵压的增加呈现非线性增加的趋势,而峰值压力持续时间几乎保持不变。     

自激振动空化射流喷嘴的设计与实验研究

以自激振动空化射流喷嘴为研究对象,以其在工业清洗中的应用为研究背景,通过设计具有不同结构参数的喷嘴,着重探讨了谐振腔长与出口孔长之比,谐振腔长径比等结构参数对射流特性的影响规律,并通过打击力和清洗力买验来对喷嘴射流特性进行评价.实验表明:谐振腔长与出口孔长之比在0.2～0.3区间时的打击力较高、清洗效果最好;同时还得出在操作压力一定的情况下,当谐振腔长径比为0.33时测得的打击力最大.     

围压下双射流喷嘴空化初生能力的实验研究

为了提高射流破岩效果和深井钻井的速度,实验研究了双射流喷嘴在不同围压下的空化初生能力,并与普通锥形喷嘴进行了比较。结果表明,在同等条件下,双射流中心喷嘴出口直径对双射流喷嘴空化初生能力影响明显;在高围压条件下,双射流喷嘴比普通锥形喷嘴具有更大的初生空化数,且大都大于1.0,而锥形喷嘴最大仅为0.43。     

脉冲射流喷嘴机理及水力特性研究

在对新型射流机理探讨的基础上,研究了脉冲射流喷嘴的机理和水力能量关系,得出了计算式.结果表明,脉冲喷嘴的瞬时高频射流所获能量是低频射流的2.558倍,是连续射流的1.438倍. 还得出了脉冲射流喷嘴的水马力和冲击力的计算式.为脉冲射流喷嘴的应用及进一步研究,提供了理论依据.     

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...     

淹没非自由射流压力衰减规律的实验研究及井底水力参数计算

本文通过实验的方法对淹没非自由射流的压力衰减规律进行了实验研究,以试验数据为基础提出了射流轴心压力衰减和截面压力分布的计算模式,并利用得到的模式对射流到达井底的水力参数(水马力、冲击力、冲击压力梯度等)进行了计算推导。进而提出了以并底水马力为目标参数的优选设计方法。     

磨料射流及高分子减阻改善射流性能的实验研究

本文设计了磨料射流系统及喷嘴结构,实验研究了磨料射流切割与破碎物料的性能,确定了磨料喷嘴出口的最佳长度,对清水和磨料溶液进行了射流冲击性能比较试验;并进一步在磨料射流中加入高分子聚合物添加剂,实验证明,高分子减阻剂同样对磨料射流性能有改善.     

不同喷嘴堵头下脉冲射流雾化特性的试验研究

以新型车载脉冲防暴水炮为试验平台,对星形、椭圆形和三角形喷嘴堵头进行了对比试验研究。利用高速摄影机拍摄到了水炮发射瞬间射流的高速图像,并通过相应的判读软件分析了所产生的不同射流速度的变化情况。结果表明,星形喷嘴堵头对射流有集束作用,可以提高水炮的最大射程和气液射流的雾化效果。     

牙轮钻头自激振荡脉冲喷嘴的实验研究

在理论和实验研究的基础上,设计了几种用于牙轮钻头的自激振荡脉冲喷嘴,在常压下进行了射流脉冲压力测试和冲蚀天然红砂岩的实验。实验结果表明,所设计的风琴管自激脉冲喷嘴和亥姆霍兹振荡腔脉冲喷嘴具有很强的脉冲效果,其冲蚀岩石能力大大高于普通锥形喷嘴,其中风琴管自激脉冲喷嘴的脉冲效果和破岩能力最强。实验还表明,自激振荡脉冲喷嘴射流存在最优喷距,最优喷距的大小为喷嘴出口直径的7～14倍。自激振荡脉冲喷嘴可直接应用在钻头上,能提高钻井速度,降低钻井成本。     

围压下双射流喷嘴空化初生能力的实验研究

为了提高射流破岩效果和深井钻井的速度，实验研究了双射流喷嘴在不同围压下的空化初生能力，并与普通锥形喷嘴进行了比较。结果表明，在同等条件下，双射流中心喷嘴出口直径对双射流喷嘴空化初生能力影响明显；在高围压条件下，双射流喷嘴比普通锥形喷嘴具有更大的初生空化数，且大都大于1．0，而锥形喷嘴最大仅为0．43。     

新型水力增压实验研究

针对如何充分有效地利用井底的水力能量,既要能够提高水力能量的利用率,又要易于井下实现的问题,设计了一种新型的井下水力增压装置。利用井下环空流体对该装置分别进行了自增流量实验和射流瞬时动压力实验,并由此得出了实现最佳自增流量的开孔方案。实验结果表明:射流瞬时冲击力可以达到无孔时的2倍以上。     

平面度检测气动测头的设计

为实现刹车片刚背平面度的在线检测,根据气动差压测量原理,利用COMSOL Multiphysic有限元软件仿真px-s曲线,考虑工作压力,主喷嘴、测量喷嘴孔径对气动测头分辨率和线性范围的影响,设计一种用于平面度在线检测的气动测头。该气动测头主喷嘴、测量喷嘴孔径均为1.2mm,工作压力为0.3MPa。验证结果表明,该气动测头测量精度高、稳定性好,可应用于生产实际。     

旋流对射流携带床气化炉内宏观混合过程的影响II.冷态停留时间分布

通过置于双通道交叉射流喷嘴中心通道的旋流器产生旋流 ,在 1 m× 4 m的大型冷模装置上 ,测定了射流携带床气化炉内的冷态停留时间分布 ,得到了停留时间分布密度函数的显式数学表达式 ;给出了实验范围内模型参数与无因次相似准数 S、Ct和喷嘴环隙与中心射流动量比 Gr之间的关系。     

气动点触觉再现分析与实验研究

为研究模拟再现虚拟物体的几何形状、材质以及粗糙度等属性信息,提出基于单喷嘴喷气再现点触觉的方法,并建立手指皮肤和喷嘴的流固耦合有限元模型.将触摸小球时采用有限元模型的计算结果作为标准来分析气动喷嘴再现点触觉.提出有效触感宽度的概念,结合应变能密度及SS率等表征触觉的物理量分析了喷嘴直径、接触高度和入口压力对点触觉的影响.实验表明,分析结论与实验结果相符,为气动喷嘴设计提供了很好的参考依据.     

脉冲喷嘴射流特性试验研究

对常压下脉冲喷嘴自由淹没射流结构特性进行了试验研究.并对设计出的脉冲喷嘴进行了大量试验.结果表明,脉冲喷嘴射流的外边界变化规律、等速核和无因次速度分布规律等均与普通射流有较大差异.脉冲喷嘴射流的外边界为一波浪线,且在喷距达一定数值后,随着喷距的加大,呈非线性缓扩直至平直趋势.脉冲喷嘴射流不存在明显的等速核,射流从喷嘴一射出就有较大的速度脉动.文章给出了脉冲喷嘴射流轴心线上的脉动速度与无因次喷距之间的变化规律.     

基于ANSYS FLUENT的气动量头的结构优化设计

气动测量方法具有测量精度高、稳定性好、能够实现非接触式测量等优点,广泛应用于汽车、机械加工等行业。文章通过UG建立了气动量头与零件挡板之间流体域的三维模型,利用ANSYS FLUENT对其流场进行了有限元分析并优化了气动量头结构参数。结果表明,同周长不同结构尺寸的长圆孔喷嘴,a=0.5,b=1.57喷嘴结构的流量最大。气动测量的气源可选择时,在满足正常工作的条件下选用较小压力的气源。该方法为多槽孔、有效测量长度短一类零件的浮标式气动测量的设计提供了有益的参考。     

新型微喷装置的研究

目前发酵行业气升式反应器常用喷嘴为单孔圆管喷嘴，它产生的气泡不易细化，而如果简单缩小其孔径又会提高发酵系统的功率消耗（功耗）为此，设计了一种新型微喷装置，以改进发酵设备的性能文章介绍了微喷装置的结构特点，从理论上分析了微喷装置对气体环流反应器发酵性能的影响，着重讨论了该装置对传氧的影响在实验室中进行了相关试验，实验过程采用了当前发酵行业较实用而简单易行的实验方法，并佐之以一些高科技产品在有机玻璃罐内对两种喷嘴（单孔圆管喷嘴和微喷装置）的目测发现，在同等情况下，微喷装置通气后产生的气含率要高于单孔喷嘴，而在实验室的溶氧测试实验过程中，通过采用溶氧仪和Ｎａ２ＳＯ３滴定相结合的方法得到的实验结果证明微喷装置比单孔喷嘴的溶氧效果好，现场拍摄的两种喷嘴形成的气泡大小也可以说明这一点此外，由于微喷装置设计有一层特殊结构层，可以相应弥补喷嘴的堵塞问题，从而验证了微喷装置应用于气体环流反应器的可行性     

基于喷射角信息的淋浴花洒冲击力场测试方法研究

从理论和仿真两方面分析淋浴花洒喷射冲击力场的特性,在通过图像测量技术获得喷射角信息的前提下,提出单束冲击力的测试方法和多束射流冲击力场的测试结构,并给出测试系统的设计以及上位机数据的存储方法.实验表明,该方案能够实现多种规格淋浴花洒喷射冲击力场的测试和数据的实时存储.