喷嘴结构对射流表面波影响的实验研究

运用高速显微摄影技术,对三种不同收缩比喷嘴射流的表面结构进行可视化实验研究。基于谱方法对射流表面波长进行测量。实验结果表明,射流自喷嘴流出到破碎前,气液界面经历稳定光滑段,转捩段和周期波纹段。光滑段无量纲波长为常数且小于0.01,随后在转捩段以斜率0.2快速增长,至周期波纹段,增长率降为转捩段的0.05。喷嘴收缩比通过改变喷嘴出口处边界层厚度影响表面波变化规律,基于边界层厚度的无量纲波长基本一致。     

微型超高压宝石喷嘴内部的空化与磨损

宝石喷嘴是影响超高压水射流切割系统工作效率的重要部件,而宝石内部的空化直接影响射流的形成,也是宝石磨损的重要原因之一。对400 MPa压力范围内宝石孔内部的空化两相流进行了数值模拟,阐述了射流在宝石内的形成过程,分析了长径比、压力和入口形状对宝石内空化的影响,并在相应压力下对宝石喷嘴的磨损进行了实验研究。结果表明:宝石内部的空化发展程度随着长径比的增大而减弱;在一定的长径比范围内,空化可以发展到喷嘴出口,并最终使射流的初始直径小于喷嘴直径,且在此条件下当压力升高时,射流的初始直径增大;良好的入口形线可以降低空化的发展程度;宝石入口的磨损较出口更显著,空蚀和高压水的冲蚀造成了宝石孔边缘形状的破坏,这种破坏随着压力的升高而加剧,选择合适的长径比是减少冲蚀磨损的有效途径。     

毛细喷孔超高速水射流的脉动及破碎

水切割射流的动力学特性的诸多方面尚未得到认识和理解。本文对毛细喷孔产生的超高压水射流展开可视化研究,分析了常规压力及超高压条件下毛细水射流的液体破碎机制并对超高压毛细射流的脉动现象进行了讨论。常规条件下的毛细射流遵从经典的破碎模式;在超高压条件下,射流完整段呈瑞利模式,完整段以下呈雾化破碎模式,射流集束性呈现周期性变化。结果表明,传统理论不能够表达小孔径时超高速毛细水射流的破碎特性;喷孔内部流动情况如流动分离及空化成为该条件下射流破碎和脉动的重要原因。     

变工况下轴流泵装置振动特性实验研究

对不同工况下轴流模型泵装置各主要测点处的振动加速度信号进行动态测量和分析,获得了特定频域范围内振动加速度均方根值随流量的变化规律。实验结果表明:10～8000 Hz频域范围内振动加速度均方根值随流量的变化趋势和泵扬程随流量的变化趋势基本一致,运行工况从大流量降至小流量的过程中其装置振动水平可分为低水平区、快速增长区及高水平区;10～350 Hz频域范围内低水平区中振动最低点对应的流量和泵最优工况流量基本一致。研究结果为轴流泵多工况下的稳定运行及最优工况判定提供了一定的理论和技术基础。     

旋流泵无叶腔内盐析颗粒湍流脉动特性研究

盐析晶体颗粒脉动特性是研究湍流输运状态下盐析过程的重要问题之一.为探索泵内盐析晶体颗粒湍流脉动规律及其对液相流场的影响,采用相位多普勒粒子速度场仪对旋流式输送泵无叶腔内的盐析湍流流场进行了测量,通过对改变泵运行工况、运行介质温度后颗粒脉动速度分布情况的分析,初步掌握了无叶腔中盐析晶体颗粒的湍流脉动特性;同时,讨论了晶体颗粒存在对液相湍流结构的影响。实验结果表明,随着流量的增加,颗粒的周向、径向及轴向脉动速度相应提高;盐析颗粒脉动速度值随温度发生变化,较高温度时速度脉动也较大;在一定条件下,盐析晶体颗粒表现出抑制湍流的行为。     

轴流泵叶顶间隙空化流可视化实验研究

运用高速数码摄像系统对比转速为700的轴流泵在最优工况流量下不同空化程度时的叶顶间隙内空化流动进行拍摄实验,捕捉到空化发生位置和空泡团形态随空化程度变化的演变过程。实验结果表明:叶顶间隙内空化发生的初始位置位于叶顶翼型头部,空泡团为沿叶片工作面向背面旋转的旋涡空化,旋转轴和圆周方向基本一致;随着泵汽蚀余量的降低,空化发生位置和空泡团与叶顶翼型粘连的区域均呈由叶顶翼型头部向尾部延伸发展的趋势;当泵发生汽蚀时,空化发生位置覆盖整个叶顶翼型,间隙空泡团和叶片背面空泡团相掺混,对叶轮流道内液相主流产生强烈干扰,导致泵能量性能急剧下降。研究结果为轴流泵叶顶间隙内空化发生及发展过程的理论研究提供了有效参考。     

超高速自由液体射流的动力学研究

自由射流的稳定性一直是材料加工、能源利用领域的重要基础问题,超高压射流对稳定性研究提出了新的要求。从湍流的角度阐述了超高压射流流动的特殊性及相关研究面临的挑战。运用相位多普勒(PDA)技术,设计实验对射流横截面的动力参数进行测量。围绕速度、速度脉动及液滴直径分析了射流内部存在的流动现象并针对实验潜在的局限性展开讨论.结果表明:流向速度沿径向呈1/7幂次分布,破碎段速度均匀但核心区存在逆向浓度梯度;雾化段具有明显的核心、剪切层结构,流动参数呈轴对称分布.PDA解析的液滴尺寸仅为全部尺度的0.1%。     

空化流动诱导离心泵低频振动的实验研究

空化流动严重影响泵安全稳定运行,为充分认识泵内空化发展程度及其诱导的低频振动特性,设计了一台离心式模型泵作为研究对象,同时采用高速摄影及振动加速度测试手段,实现了叶轮内部空化流动的可视化及对应的泵体低频振动信号提取,分析了空化泡形态随空化发展的演化规律,对比了空化发生前后泵体低频振动频谱特性,探讨了泵体总振级水平、离散频率下振动加速度幅值随空化发展程度的变化,提出振动临界汽蚀余量可作为空化程度的另一判据,叶频时的振动加速度幅值变化亦可作为泵内空化程度的表征。     

高速水射流集束性的数值模拟及试验研究

本文采用VOF多相流模型,在400 MPa工作压力下,针对3种不同结构喷嘴产生的自由水射流流场进行了数值模拟和试验研究。结果表明:喷嘴出口处空气向喷嘴内部卷吸,一定程度上提高了其集束性;射流核心区轮廓呈现粗细交替的波动状,是诱发射流破碎的重要因素;射流上游的湍动能大小及旋涡强度对射流的集束性影响显著;该条件下射流轮廓的高速数码摄像照片定性地验证了数值模拟的结果。