结构参数对自激脉冲射流特性影响的统计分析

为了得到水下自激吸气脉冲射流冲击特性较优的喷嘴结构参数配比,以自行研制的自激吸气脉冲射流喷嘴为研究对象,运用数理统计的方法就水下自激吸气脉冲射流冲击脉动压力试验数据的均方差、脉动压力峰值和时均压力随上下喷嘴面积比、腔长下喷嘴比和腔径腔长比的变化进行分析,并检验了水下自激吸气脉冲射流冲击脉动压力试验数据的平稳性和正态分布.由试验结果可知,当围压小于0.4 MPa时,上下喷嘴面积比范围为1.96~4.84,最优范围1.96~4.00;当围压≤0.2 MPa时,腔长下喷嘴比范围2.8~4.4,最优值3.4,腔径腔长比范围为1.50~1.65或2.20~2.30,最优范围应为1.50~1.65.     

基于时频分析的自激吸气脉冲射流喷嘴结构参数对压力脉动的影响

自激吸气脉冲射流喷嘴的结构参数直接影响着喷嘴内压力脉动特性及其冲击性能。运用时频分析方法和自制的水下射流循环系统,对不同结构参数喷嘴内的压力脉动进行了研究,探讨了某一上喷嘴直径下的不同下喷嘴的直径、腔体的直径和腔长对压力脉动特性的影响,得到了优化的喷嘴结构参数配比,为自激吸气脉冲射流喷嘴结构参数优化和应用提供了支持。     

自激吸气射流的冲蚀及吸气性能试验研究

通过在自激脉冲射流喷嘴振荡腔四周开孔吸入空气,使之形成自激气液射流,以试件冲蚀深度、冲蚀面积和气孔吸气量为衡量标准,研究了不同进气方式、吸气孔直径对自激吸气射流的冲蚀效果和吸气性能的影响.试验结果表明:冲蚀深度和冲蚀面积均随着吸气孔孔径的增大而增大;进气方式、吸气孔直径对冲蚀深度和面积的影响有所不同,冲蚀深度随吸气孔数量的增加而上升,而冲蚀面积受吸气孔的对称性影响较大,非对称进气下的冲蚀面积要明显高于对称进气工况;自激吸气射流具有独特的冲蚀特性,且进气方式对射流形成的冲蚀形貌有较大影响;自激吸气喷嘴的吸气流量具有周期性,且吸气能力随射流工作压力的升高而增强;喷嘴的吸气性能与进气方式、气孔直径有关,单气孔进气时,吸气性能随气孔直径的增大而增强,而多气孔进气时,4 mm孔径的吸气性能最强.     

射流式增氧机创新设计及试验研究

为进一步提升射流式增氧机的动力效率和实践效果,创新设计了新型射流增氧机。为研究在一定工况下该新型增氧机射流器各结构参数与理论动力效率的关系,确定设计指标为理论增氧动力效率Ep,选取与该指标相关的影响因素确定该因素的取值范围进行正交试验。结果表明:各结构参数对增氧动力效率Ep影响程度为喉管-喷嘴面积比影响程度最大,其它4个因素影响相对较小。综合试验结果来看:其参数影响程度的主次顺序也非常明显;研究获取最佳参数组合为m=2.56、n=11.56、k=4、α=40°和β=40°;喉管-喷嘴面积比与吸气室-喷嘴面积比之间交互作用较显著,其显著性程度低于两者各自作用的水平,高于喉管长径比、分流锥头锥角、喉管-支管夹角的独立作用水平。     

水下自激吸气脉冲射流喷嘴冲击射程的研究

射流冲击射程是保证水库泥沙起动悬浮的关键技术参数,利用自行研制的自激吸气脉冲射流喷嘴及其试验装置,在分析冲蚀作用基础上对不同围压 (水深10-40m)和冲击射程的自激吸气脉冲射流喷嘴冲蚀性能(冲蚀体积、冲蚀表面积和冲蚀深度)进行了研究,得到了冲击射程与冲蚀性能之间的关系。研究结果表明,不同围压下自激吸气脉冲射流喷嘴的冲蚀性能受冲击射程影响较大,存在一个获得冲蚀性能最佳的冲击射程,且冲蚀性能随着水深的增大而逐渐降低。     

双侧吸气射流增氧机的增氧性能试验

为研究双侧吸气式增氧机射流器主要结构参数与动力效率的关系,应用正交试验方法,以增氧动力效率E为主要性能指标,选取位置系数R、面积比m、喷嘴收缩角a、喉管长径比p为增氧机射流器主要结构参数,对射流增氧机进行了清水充氧试验.结果表明:各主要结构参数影响增氧动力效率E的主次排序为位置系数、面积比、喷嘴收缩角、喉管长径比;最佳结构参数组合为R=0,m=4,a=30°,卢=10.位置系数与面积比之间存在比较显著的交互效应,其显著性低于两者独立作用的水平,高于喷嘴收缩角与喉管长径比的独立作用水平,其他参数之间的交互效应不明显.     

清洁用自吸气脉冲喷头结构参数的正交试验

为研究吸气对脉冲喷头运行特性的影响,设计了一种用于智能马桶清洁的自吸气脉冲喷头,并搭建了喷头整体性能测试实验台.以提高脉冲喷头射流性能为优化目标,选取进气孔直径、进气孔位置和喷头腔体底面倾角为优化变量,采用正交试验设计优化方案对不同结构参数下的喷头进行测量.试验结果表明:自吸气脉冲喷头结构参数之间存在的交互作用不多,仅进气孔位置和喷头腔体下壁面倾角存在一定相互作用;对喷头射流击打力和射流脉冲主频率影响最大的单因素为进气孔直径;与优化前的不吸气脉冲喷头相比,优化后的自吸气脉冲喷头射流是速度提高150%,且流速衰减更慢,射流范围更大;击打力提高44.4%,射流脉冲主频率提高33.3%;击打力幅值和清洁率相较于优化前更高,分别达80.0%和98.3%.     

运行参数对自激脉冲射流特性影响的小波分析

以自激吸气脉冲射流装置冲击试验得到的压力脉动时域波形为基础,运用Savitzky-Golay平滑后的提升小波法对装置内压力脉动及靶心冲击压力脉动进行时频特性分析。结果表明,围压、工作压力和装置是否吸气对装置压力脉动特性影响较大;射流压力脉动随围压的增大逐渐降低,围压低于30 m的射流压力脉动幅值大于围压高于30 m以上的压力脉动幅值;装置内的射流压力脉动随着工作压力的增大逐渐下降,而靶心射流冲击压力脉动随工作压力的增大逐渐上升;装置吸气的射流压力脉动大于装置不吸气的压力脉动,装置吸气时下喷嘴和靶心的射流冲击压力脉动及其脉动频率比较稳定,主频带明显。水下自激吸气脉冲射流装置具有选择、放大和稳定射流压力脉动的功能。     

毛管射流三通结构参数优化与试验验证

为了提高毛管射流三通的脉冲特性,采用正交设计方法,选取喷嘴宽度、喷嘴深度、控制管宽度、位差、劈距、侧壁夹角6个因素,每个因素取5个水平参数,设计了共25组不同结构的毛管射流三通模型.采用CFX数值模拟技术,对25组三通模型进行模拟计算.以脉冲频率、水头振幅和压差作为试验评价指标,通过极差法分析了结构参数对脉冲特性的影响规律,确定影响各因素的主次顺序;利用方差法确定影响因素显著特性,确定最优结构尺寸模型.经过试验验证,结果表明在进口压力为50~120 kPa下,与4 mm喷嘴宽度射流三通相比,优化模型射流三通脉冲频率提高了3~10次/min,水头振幅(压力)提高了3.2~11.1 kPa,灌水均匀系数提高了0.53%~1.94%,流量偏差率降低了0.81%~5.33%.优化射流三通模型可提供持续稳定脉冲水流,脉冲特性得到较大提高,可有效改善灌水均匀度.     

射流脉冲三通结构参数数值模拟与优化

基于CFX数值模拟技术,对射流脉冲三通的内部结构进行设计.首先通过控制变量法,得到了射流三通的稳定振荡区间,其中各关键结构参数的设计范围分别为分流劈距20~45 mm,位差1.1~2.1 mm,侧壁倾角6°~16°.在该结构范围内进行4因素3水平正交试验设计,4组因素分别为位差比、侧壁倾角、劈距比、喷嘴深宽比,3组水平分别为脉冲频率、水头振幅和流量振幅,得到了各因素对性能指标的影响主次顺序和最优模型设计方案.对比优化模型与普通模型的脉冲效果,模拟结果表明优化模型的脉冲频率提高了0~2.5 Hz,水头振幅提高了0~20 kPa.对普通三通和射流三通的脉冲效果进行水力性能试验,其中射流三通的脉冲频率为2.0~4.0 Hz,比模拟结果偏小,水头振幅为17~53 kPa,比模拟结果偏大.与普通三通相比,不同压力条件下,射流三通的单侧出口流量均较大,说明射流三通能够提供稳定的脉冲水流.     

自激脉冲射流装置的压力特性分析

利用自行研制的试验系统对自激脉冲射流装置压力特性和打击力进行了试验研究,探讨了腔长和工作压力对射流打击力和脉冲效果的影响,研究了自激脉冲射流装置腔壁不同部位的压力变化特点和打击力变化特点。试验结果表明,当腔长较小时,装置在各个工作压力条件下均没有脉冲效果,随着腔长逐渐变大,逐渐产生脉冲效果,并在一定的工作压力范围内取得最佳脉冲效果;在射流核二侧形成的漩涡型空化气囊,是产生脉冲射流根本原因;当脉冲效果较好时,装置腔壁不同部位的压力与打击力变化呈现明显的周期性,但装置不同部位压力和打击力之间的变化周期并不同步。     

水力消排烟机用水轮的正交优化设计

为了提高水力消排烟机用水轮的效率,针对水轮的内流场进行全流道数值模拟,并将模拟结果与试验数据进行对比.采用正交试验方法对水轮的主要几何参数进行优化分析,应用L9(3³)正交表,选取喷口面积、喷管直径、喷管长度3个参数为试验因素,以效率为试验指标进行正交优化设计,并选用极差分析法对优化结果进行分析.正交试验结果表明喷管长度对水轮效率的影响程度最显著,喷管直径次之,喷口面积最小.优化所得水轮的喷管长度为389.7 mm,喷管直径为30 mm,喷孔面积为92.57 mm².与优化前水轮相比,优化后水轮的喷管长度减小了10%.优化后水轮的效率提高了7.67%,水轮内部流体的速度分布更加均匀,降低了水力消排烟机的运行成本.验证了正交优化设计方法在水轮优化中的可行性.     

运水烟罩内折射式喷头正交试验

针对运水烟罩内喷头性能对运水烟罩油烟净化效果的决定性影响,对直面扇形折射式喷头进行了正交试验,研究运水烟罩内折射式喷头结构参数、工作参数及水力性能之间的关系.试验采用四因素四水平正交表,利用综合评分法对运水烟罩内直面扇形折射式喷头的射程、喷洒面积、雨滴粒径等多项指标进行综合评价.结果表明：影响喷洒性能的主次顺序为工作压力、孔口直径、折射面高度、折射面角度;运水烟罩内的最佳工作压力为0.3 MPa;结构参数孔口直径和折射面高度均为1 mm,120°折射直面扇形喷头水量分布均匀,雾化效果好,喷洒面积大,油烟净化效果最好.     

旋转锥形射流的参数影响与试验研究

为了研究中心有一小孔(0≤d≤4 mm)的不同头数螺旋流槽的圆柱形结构加旋件的旋转锥形磨料射流特性,通过射流打击断面试验研究,确定加旋件头数、有无中心孔、圆锥收缩角、压力和靶距及其范围等喷头结构参数.采用单因素试验法分析各参数对射流断面形状的影响,得出影响趋势图以及回归分析方程.研究结果表明:射流断面形状为实心圆或圆环.随着工作压力的升高,圆环外径增大,内径几乎不变;单头加旋件的打击效果较2头、3头的差,即射流加旋不均匀;由于加旋件中心孔增大,射流断面外径逐渐减小,收缩角几乎不受影响.靶距存在最佳打击范围,靶距增大导致圆环外径增大,两者呈线性正比例关系.试验为优化喷头及加旋件的结构参数和工作条件提供依据,且为进一步提高射流性能奠定理论和试验基础.     

影响负压反馈射流喷头水力性能的重要参数正交试验

为了探究影响负压反馈射流喷头水力性能的重要参数对水力性能的影响程度,并选出综合水力性能最优下的重要参数组合,首先设计了4因素3水平正交试验,并根据试验要求分别加工出3种长度(4.2,5.6,7.0 cm)的喷管、3种直径(3,4,5 mm)的喷嘴,以及射流进口宽×深为4 mm×8 mm、位差1.80 mm、侧壁夹角20°、劈距28.0 mm、3种喷射仰角(20°,30°,40°)的射流机构,用于水力性能测试.采用综合评分法和极差分析法对正交试验结果进行处理,并引入了射程和喷灌均匀系数对试验结果进行评价.结果表明:影响喷头综合水力性能的重要参数,影响程度由大到小依次为喷射仰角、主副喷嘴直径、工作压力、主副喷管长度.得到了在此射流机构下的最优重要参数组合为工作压力0.35 MPa、主×副喷嘴直径5 mm×4 mm、喷射仰角30°、主×副喷管长度4.2 cm×4.2 cm.试验结果可为该型国产喷头的产品化和未来工程应用提供理论数据支撑.     

双腔室自激振荡脉冲喷嘴空化射流的数值模拟

为研究自激振荡脉冲喷嘴结构参数对内部空化射流流场的影响,以单腔室自激振荡脉冲喷嘴结构为基础,对采用前后串联方式建立的双腔室自激振荡脉冲喷嘴进行Fiuent数值模拟.选用RNG k-ε湍流模型,分析来流雷诺数、前后腔室腔长比、腔径比的改变对空化射流的影响,并以腔室内的液相体积分数及喷嘴出口处的流速作为流场变化的评价指标.数值研究结果表明:当双腔室内部来流雷诺数由2.98×10⁵变到4.31×10⁵时,喷嘴腔室内的空化程度先增大后减小,与之相对应的液相体积分数先减小后增大;前后腔室腔长比为0.67时,腔室内空化气囊形状规则同时具有对称分布的涡环结构,有利于脉冲空化射流的发生;当腔室腔径比为1.20时,腔室内涡环结构与空化气囊均具有一定的对称性,同样可促进脉冲空化射流的发生,同时在出口处速度分布均匀且流速较大.     

自激脉冲空化喷嘴三维非稳态流动的数值模拟

选择RNG k-ε、Realizable k-ε、标准k-ω和SST k-ω这4种湍流模型,对低压自激脉冲空化射流喷嘴内部流场进行数值模拟研究,验证其对脉冲空化喷嘴内部三维非定常流场模拟的适定性,研究表明RNG k-ε模型的模拟精度高且易收敛,网格无关性验证和时间步长分析说明应尽量减少时间步长.基于三维非稳态空化模型,考虑重力因素,对喷嘴腔室内部流场进行了数值分析,通过压力、速度、水蒸气体积分数和温度的分布云图,分析了1个周期内腔室内部空化初生、能量集中和释放的演变过程,解释了空化射流的产生机理,与试验结果对比,验证了腔室内部流场演变的正确性,考虑重力因素,进行喷嘴内部流场三维模拟更加符合工程实际.