运用FFT分析自振脉冲射流振荡特性

针对目前煤岩破蚀与煤层割缝困难等问题,可利用自振脉冲射流振荡特性辅助其进行开采。通过快速傅里叶变换(FFT)方法对不同结构参数下喷嘴流场仿真结果进行幅频转换,探究腔体结构对振荡频率与振荡峰值的影响规律。通过频域分析发现,在特定参数(d_1=1.2mm,D=10.5mm,d_2=1.4mm,L=2.4mm,α=120°)下,自振脉冲射流的振荡峰值最大,有利于增强喷嘴振荡。与此同时,随腔径L、腔径D、前后喷组腔径比d_2/d_1增大,射流振荡频率与振荡峰值变化成正相关,与碰撞角α成负相关。相关结果及方法可为自振脉冲射流振荡特性的研究提供参考。     

自振射流装置结构及频率特性

自振射流频率特性包括低频脉动与高频振荡,其发生机理与应用条件均存在较大差异,而现有研究较少。基于流体网络理论建立数学模型,分别计算流体管网与喷嘴的声谐固有频率;基于信号分析方法,获取自振射流的全频谱结构,进而探讨射流装置结构与射流频率特性的关系。试验结果表明,一个完整的自振射流频谱由低频脉动和高频振荡两部分组成,但两者相差近两个数量级;自振射流的低频脉动通常由管网内流体扰动引发,当扰动频率与管网固有频率相接近时,低频振荡增强;其高频振荡由喷嘴出口处流体涡激振动引发,当涡振频率与喷嘴声谐固有频率相接近时,射流产生强烈的高频振荡;低频脉动射流不受喷嘴出口形状和外部环境参数影响,可应用于非淹没或低围压环境下,而高频振荡射流受喷嘴出口形状和外部环境参数影响大,可应用于围压条件下。研究成果揭示了射流装置结构与射流频率特性的关系,为自振射流装置结构设计及深海资源开采提供了技术支撑。     

自激振荡式天然气管道增输器设计及数值计算

基于低压大流量自激振荡射流形成及自激振荡脉冲气体的运动规律,提出了固-脉冲波峰点接触的"滚动摩擦"自激振荡脉冲式天然气管道输送运动形式。分析了下游喷嘴直径、腔室直径、腔室长度和腔室碰撞壁倾角等结构参数对天然气管道减阻增输特性的影响,并确定了较优的自激振荡脉冲腔室无量纲参数。研究结果表明:腔室下喷嘴直径反映自激振荡脉冲射流的过流特性,腔室直径影响自激振荡脉冲射流涡旋配对效果,腔室长度与自激振荡脉冲射流振荡频率及脉动幅值有关,碰撞壁倾斜角直接决定腔室涡漩中心的位置,进而产生周期性高压脉冲射流团的特殊聚能效应。计算后获得的自激振荡脉冲腔室较优无量纲参数为:腔室下游喷嘴与上喷嘴直径比为1.3,腔室长度与上喷嘴直径比为2.4,腔室直径与上喷嘴直径比为6,腔室碰撞壁倾斜角度为120°。     

自激振荡脉冲水射流喷嘴数值模拟及实验研究

自激振荡腔室是产生自激振荡脉冲射流的重要条件.为研究自激振荡腔长度对喷嘴输出射流特性的影响,采用标准k-ε方程模型,基于ANSYS建立喷嘴物理模型,分析不同腔长下流体结构特征并将其与实验结果比较.结果表明存在一最佳振荡腔长度6.9mm,使得振荡腔内平均压力及流体轴线速度达到最大;此外,当振荡腔长度小于16mm时,对应腔内压力呈负压状态.通过对腔内压力的实验数据采集及分析,验证了数值模拟结果的合理性与有效性.     

基于CFD的淹没磨料射流的数值模拟与流动特性研究

针对淹没磨料射流的切割模拟实验，在分析其物理模型的基础上，建立了二维平面轴对称数学模型，利用商用软件PHOENICS，选用双流体模型和k-ε湍流模型，在无法直接测量流场参数的情况下，计算了实验室条件下模拟大水深水域环境淹没磨料射流的淹没流场，得到了淹没条件下液固两相射流流体的速度与压力分布规律，并与实验结果相比较，从理论上探寻了淹没磨料射流冲蚀效果与上述参数之间的关系及影响磨料射流在水下最佳冲蚀效果的因素，为进一步的实验提供理论依据和实际的预报作用。     

冲击角度对射流抛光中材料去除的影响

射流抛光技术能够获得原子级粗糙度和无损伤表面,已成为最具发展潜力的超光滑表面加工技术之一,而冲击角度是影响抛光效果的一个重要参数。利用自主研制的射流抛光实验机,通过定点冲击实验,研究不同冲击角度下的被加工表面材料去除形貌及去除量。实验结果表明,随着冲击角度的减小,材料去除形状愈发不对称,材料去除率逐渐降低,而最大去除深度出现非单调变化。结合冲击射流流场分布和颗粒碰撞角度的变化,分析冲击角度对材料去除特性的影响机制,发现射流冲击角度对材料去除的影响主要归因于射流中颗粒碰撞角度及颗粒碰撞次数的变化;颗粒碰撞角度越大,碰撞次数越多,则材料去除量越大;两者的综合作用影响着材料去除量及材料去除分布。     

自激振荡脉冲射流雾化的机理分析

建立了自激振荡雾化喷嘴的物理模型以及数学模型,通过Fluent软件对自激振荡腔室内部流场进行模拟,分析了自激振荡射流扰动波频率与喷嘴固有频率之间的关系、振荡腔室脉冲发生原因,以及射流脉冲特性其对雾化的影响,解释了自激振荡脉冲射流的雾化机理,说明了自激振荡喷嘴能明显提高射流的雾化效果。数值模拟了不同腔长配比和不同出流扩张锥角.结果表明,在其它条件一定的情况下最佳腔长配比值为腔长与上喷嘴直径之比为2.4,最佳出流扩张锥角为(60~65)°。     

高压喷嘴的射流仿真研究

针对高压喷嘴射流发散快以及速度稳定性差等问题,将Fluent仿真技术应用到高压喷嘴的流场分析中.根据高压喷嘴结构特点,为喷嘴及外部喷射区域建立了轴对称的几何模型;并根据喷射过程中流体速度的变化情况进行了网格的划分与加密,然后对高压喷嘴的淹没与非淹没射流流场以及不同收缩角时的非淹没射流流场进行了仿真分析;在流体理论的基础上提取了各种情况下的速度分布图,并对其结果进行了对比分析.研究结果表明,收缩角的不同对喷嘴流场的轴线的速度变化影响较大,当收缩角为10°时流场速度的稳定性最好;此外,通过对淹没射流与非淹没射流的流场情况进行比较,得出了非淹没射流对速度的集中更为理想的结论;仿真分析结果也为高压喷嘴结构及喷射形式的选取提供了一定的依据.     

结构参数对自激振荡脉冲射流固有频率特性的影响

运用流体网络理论建立了自激振荡脉冲射流装置的相似网络模型,分析了振荡射流喷嘴结构参数对喷嘴固有频率特性的影响规律,给出了喷嘴的设计原则。     

基于淹没环境的超高压后混合磨料水射流切割试验研究

利用超高压水射流切割试验系统,在80～280MPa压力范围内进行淹没磨料水射流切割试验研究,通过试验及数据分析,验证了后混合淹没磨料射流切割的可行性,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,对于脆性和塑性材料,试验中各参数对切割深度的影响基本一致.结果表明:在试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,并且相同试验工况下淹没射流切割深度要大于非淹没状态.试验结果为超高压淹没磨料水射流的实际应用和研究提供了参考.