高压水射流反射声信号特征值提取方法的研究

为了实现高压水射流靶物反射声特征值的有效提取,应用小波降噪方法和模极大值法分别获取对应靶物材质与几何形状参数声信号特征值。介绍了其基本原理,编制了相应的特征值提取程序。利用前混合磨料射流设备、传声器和高速数据采集设备等建立了反射声信号采集的试验装置,进行了对应模拟防步兵地雷、泥地和石块水射流探测试验并采集了数据,应用上述程序对数据进行处理,优化选用小波参数。试验结果显示:应用小波降噪的方法可以有效地将靶物反射声信号与水射流声信号、环境声信号分离,获得对应不同材料靶物的声信号特征值;利用模极大值法可以有效地获得对应不同几何形状参数靶物边界的声信号突变点特征值。这些特征值可以用于后续的靶物材质与几何形状参数的识别。     

基于LabVIEW和声卡的数据采集同步控制系统

要保证采用脉冲射流进行靶物探测时所采集的声音信号是脉冲射流冲击靶物时的反射声信号,需要实现数据采集触发和脉冲射流通断的同步控制.利用LabVIEW编制控制软件,应用声卡和设计的电磁阀控制电路,实现控制电磁阀开闭产生脉冲射流、反射声信号的采集存储,以及数据采集和脉冲射流喷射动作的准确同步配合.通过试验验证,同步控制信号与脉冲射流喷射之间的延迟时间最高为50 ms,可以满足利用脉冲射流靶物探测时对声音信号同步采集的要求.     

结合水下注气系统的高压水射流清洗技术的研究

为了有效扩大水下高压水射流清洗喷嘴的有效靶距,提出了一种结合水下注气系统的高压水射流清洗技术;设计了一套结合水下注气系统的高压水射流水下模拟实验装置,该装置通过水面高度控制和压力控制有效抑制了大流量水射流实验工况下的内部压力波动;计算并分析了在水深为10m的水下清洗过程中,喷嘴外环流内的气液比对射流流场的影响。分析结果表明,增大喷嘴外环流中的气液比,可以有效地增大射流的喷射速度,研究结果为水下清洗实际作业提供了理论依据。     

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.     

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垢因素，试验对比表明，它比纯高压水射流和后混合式磨料射流切割机能优越，是一种新型的，有广阔应用前景的工业切割设备。     

超高压磨料射流切割喷嘴装置研制及其应用

通过对水射流中磨粒粒子运动形式的分析,认为结构设计参数主要是磨料射流内部靶距和磨料混合管长度,试验结果表明内部靶距为12mm,混合管长度为50mm切割效果较好,据此设计并研制磨粉射流切割喷嘴装置.并验证了设计的合理性.     

超高压磨料射流切割喷嘴装置研制及其应用

通过对水射流中磨料粒子运动形式的分析，认为结构设计参数主要是磨料射流内部靶距和磨料混合管长度，试验结果表明内部靶距为１２ｍｍ，混合管长度为５０ｍｍ切割效果较好，据此设计并研制磨料射流切割喷嘴装置，并验证了设计的合理性。     

基于FLUENT的高压水射流除锈的流场仿真及射流参数优化

利用高压水射流船舶除锈取代目前的人工打砂除锈势在必行。介绍了水射流的基本结构并根据高压纯水射流除锈的工况,利用计算流体动力学（CFD）方法对高压水射流进行了模拟仿真。通过仿真介绍了流场中高压水射流的特性以及靶面的受力情况。最后,为了达到良好的除锈效果,对高压水射流的靶距和入射角度进行优化,得出在指定条件下最优靶距应为15 ~20 mm,最优入射角度（射流与靶面法线的夹角）应为30°。     

水射流噪声控制试验研究

针对高压水射流控制阀在工作时产生的噪声问题,在实验室使用阀配流式轴向柱塞泵为动力源,对其进行了试验研究。试验结果表明,使用蓄能器能够降低系统压力脉动,从而降低水射流噪声。喷嘴的结构对噪声具有明显的影响,相同压力或流量下,圆锥喷嘴的噪声要明显低于圆柱喷嘴。降低系统压力脉动和改进喷嘴结构等措施能够有效降低水射流噪声。     

基于FLUENT的淹没环境高压水射流数值模拟

海底管道配重混凝土的去除工作是大多数水下管道维抢修的前提,高压水射流应用于海底管道配重混凝土的去除工作相比于机械方法优势明显。将高压水射流应用于海底需要探究淹没环境对射流效果的影响,通过FLUENT数值分析,分别研究了喷嘴直径、环境压力、射流压力对淹没射流动压的影响,得到了一些对工程有重要指导意义的结论,结论指出:淹没环境对高压水射流的效果削弱很大;环境压力对射流影响相对较小;喷嘴直径和射流压力对射流效果影响明显。最后通过淹没环境高压水射流破碎混凝土实验应用和验证了仿真所得结论。     

磨料水射流仿真分析与试验研究

为有效保持油田的稳产增产,磨料水射流技术逐渐被应用于油田生产.磨料水射流切割利用高速混砂液体的射流来完成切割作业,具有安全、多能、环保、便捷、高效的特点.本文对前混式磨料水射流切割的喷嘴结构进行了优化设计计算,采用计算流体力学的方法,利用CFD仿真软件,对不同喷嘴类型﹑喷嘴长度和不同锥角角度的喷头的工作情况进行数值模拟...     

大型储罐清洗喷嘴的数值模拟研究

针对石油储罐机械清洗过程中射流发散严重、有效靶距过短、清洗效果差的问题,现将一种含中心体式喷嘴应用到储罐清洗中。运用Fluent软件对含中心体的储罐清洗喷嘴内外流场进行了数值模拟仿真,过程中选用K-ε紊流模型和SIMPLEC算法进行了数值计算,采用Mixture多相流模型和非结构化网格对含中心体喷嘴和圆柱形喷嘴进行了对比模拟评价。研究结果表明,含中心体喷嘴沿射流方向的轴心速度逐渐增大,射流在计算域内未发散,有效靶距得到了提高。相比于圆柱形喷嘴,含中心体的喷嘴出口截面射流半径缩小了13.7%,聚束性得到了提高,打击力得到了更好的保持,因而能更好地满足大型储罐清洗的要求。     

Experiment and Numerical Simulation of Free Water Jet by a Central-body Nozzle

The recent research about cavitation jet mainly focuses on the organ-pipe nozzle and triangular nozzle.The research content mainly includes the optimized design about the structure of nozzles,the observation and flow analysis about the cavitation jet in the water,and the theory of rock attacked by the cavitation jet,while the energy characteristic of the free jet is not studied yet.In China,the research about the central-body nozzle is almost empty.For the purpose of studying the energy characteristic and the structure of free water jet discharged from central-body nozzle,an experiment with phase Doppler particle anemometry(PDPA) technology is carried out to measure the free water jet flow,which is produced by a central-body nozzle under the jet pressure of 15 MPa.While five sections with different axial distances from the nozzle outlet are selected for data process and analysis,the axial and radial velocity and the droplets of the particle size are studied.Meanwhile,numerical calculation of corresponding flow field is conducted by using volume of fluid(VOF) multiphase model,and the jet flow feature is discussed.The experimental and calculating results show that the axial velocity of high speed jet flow dissipates slowly in the air,and the core area and diffused area are discovered.The diameter of droplet in the core area is small,and jet energy is concentrated,while in the diffusion area,water is mingled with ambient air and radial velocity is relatively large.Obvious low-pressure area exists behind the central body and potential cavitation may occur in that area.The proposed research reveals the energy characteristic of free jet discharged from central-body nozzle,provides the theoretical basis for preestimating erosion feature of the central-body nozzle and also the theoretical foundation for revealing the mechanism of erosion.     

Experimental investigation on noise of cavitation nozzle and its chaotic behaviour

The researches of cavitation noise mainly focus on the incipiency and developing of cavitation to prevent the cavititation erosion in the hydraulic machinery, while there is few report about the collapse strength of cavitation bubbles produced by water jet through the cavitation nozzle to utilize efficiently the collapse energy of cavitation bubbles. The cavitation noise signals are collected with hydrophones for the cavitation nozzle and general nozzle at the target position and the nozzle exit separately in the conditions of different standoff distance. The features of signal’s frequency spectrum and power spectrum are analyzed for various nozzles by way of classical methods. Meanwhile, based on chaotic theory, phase space reconstruction is processed and the maximum Lyapunov index is calculated separately for each cavitation signal’s time series. The results of chaotic analysis are compared with the one of conventional analysis. The analyzed data show that there are the marked differences at the spectrum between the cavitation nozzle and general nozzle at the target position while the standoff distance is 35 mm, which mainly displays at the high frequency segment (60-120 kHz). The maximum Lyapunov index calculated appear at standoff distance 35 mm, which is an optimum standoff distance for the most bubbles to collapse at the target. At the nozzle exit, the noise signal of cavitation nozzle is different from the general nozzle, which also displays at the high frequency segment. The results demonstrate that the water jet modulated by the cavitation nozzle can produce effectually cavitation, and at the target position the amplitude and energy of noise spectrum in high frequency segment for cavitation nozzle are higher than conventional nozzle and the Lyapunov index of cavitation nozzle is larger than conventional nozzle as the standoff distance is less than 55 mm. The proposed research reveals that the cavitation noise produced by collapse of cavitation bubbles attributes mainly to the high frequency segment     

淹没式喷嘴反推力测量及其系柱试验装置设计

喷水推进具有噪声低、空泡性能好、易于矢量调节等优点，已成为水下机器人（ROV）推进技术的研究热点。喷水推进依靠喷嘴将泵产生的压力能转化为高压水动能，产生的反推力是压力和黏性阻力作用在高压腔以及喷嘴上的综合效果，该反推力的大小是推进性能研究的重点。对几种不同形状和参数的喷嘴反推力进行仿真和试验对比。采用Fluent软件对喷嘴进行流场内部仿真，并且通过后处理文件计算出喷嘴的反推力大小。现有测量喷嘴反推力的相关试验装置与实际工况存在较大差异，根据螺旋桨系柱推力试验方法，提出并设计一种新的喷嘴反推力测试装置。该试验装置动力由岸基高压海水泵源供给，通过溢流阀调节喷嘴入口压力，喷嘴固定在ROV框架上，利用拉力传感器测量ROV框架在喷嘴射流驱动下的系柱拖力，进而得到喷嘴射流反推力与输入压力的关系。该试验装置为在水淹没条件下研究喷水推进系统提供了试验条件。     

超高压水射流盘式清洗装置工作效率试验研究

利用高速水射流的冲击动能,可以实现钢制结构表面除漆除锈的目的。通过理论分析并计算出影响清洗效率的主要参数的最优值,采用试验分析方法验证喷嘴孔径、单喷嘴靶距、射流压力等清洗参数的优选结果。根据最优清洗参数,进行清洗盘行进速度与压力对清洗效果的影响的试验;研究清洗盘工作时喷嘴的运动,提出一种清洗盘喷嘴布置结构设计,以及一种新型清洗盘工作的运动方式。     

基于CFD的喷嘴结构对高压水射流反推特性的影响

喷嘴作为无人机新型射流反推弹射的重要元件,其结构参数对无人机弹射动态特性具有重要影响。以圆柱形、圆锥形和余弦形结构的喷嘴为研究对象,基于CFD建立不同结构喷嘴射流流动的数学模型,采用VOF多相流模型和k-ε湍流模型等对不同结构喷嘴射流流态进行数值模拟,获得不同结构喷嘴内外壁面的压力场、速度场分布,对比分析喷嘴结构特征和几何参数对高压水射流反推特性的影响规律。结果表明:相比圆柱形喷嘴,圆锥和余弦形喷嘴射流反推特性更好;当喷嘴入口压力由15 MPa增至30 MPa时,射流速度增幅有下降趋势,当入口压力为25 MPa时,余弦形喷嘴相比圆锥形喷嘴的射流反推力要高18.1%;喷嘴出口内径增大对射流速度影响不大,但会显著增加射流反推力,与圆锥形喷嘴相比,同直径的余弦形喷嘴的射流反推力要高约7.9%。     

双腔室自振脉冲喷嘴空化射流数值模拟

以风琴管喷嘴为基础,串联一个谐振腔形成双腔室自激振荡脉冲喷嘴,利用Fluent对其流场进行数值模拟,分析射流靶距、二级谐振腔腔长比、腔径比的变化对空化射流流场的影响。结果表明：谐振腔尺寸过大或过小均会影响涡环结构的形成,进而影响空化效果。当谐振腔腔长比为0.77、腔径比为2.6时,谐振腔内涡环结构对称性好,轴向含气率高,射流速度较高,该结构利于清洗效率的提高。靶面滞止压力可对空化效果产生影响。当射流靶距较小时,在滞止压力的作用下二级谐振腔无涡环结构产生,轴向含气率较低。当靶距增加到18 mm时滞止压力产生的影响减小,轴向含气率明显提高,因此清洗靶距应至少为18 mm。但靶距的增加会降低射流到达靶面的动能,因此最佳靶距应取18 mm。     

水射流机器人触觉临场感再现技术研究

介绍了一种新型水射流机器人触觉再现技术.该技术采用水射流提供机器人临场感触觉再现所需的压力刺激,触点阵列各触点处有一个与压力水源相连的开口水射流喷头,喷头与压力水源之间有电磁阀控制水射流的通断,当需要通过触点阵列为操作者提供触觉感觉时,触觉阵列相应触点处的喷头即与压力水源连通并喷射压力水流,水射流在操作者的皮肤表面形成压力斜坡,从而使操作者获得触觉感觉,由于水流可以带走皮肤表面的能量,因此操作者皮肤表面水流接触处还将形成温度斜坡触觉.压力斜坡和温度斜坡共同作用可以为操作者提供压力温度融合触觉感觉.