水下自激脉冲射流装置流场的数值模拟及试验研究

利用自行研制的淹没射流试验平台进行水下自激脉冲射流试验,得到水下自激脉冲射流驻点压力的径向和轴向分布,通过建立相应的物理模型和数学模型,对水下自激脉冲射流内外流场进行了数值模拟,得到装置内、外流场的压力和速度分布,并对计算结果进行试验验证.结果表明:自激脉冲射流在非淹没条件下,有明显的低频脉冲发生,而在淹没条件下,部分射流能量消耗在淹没水流中,以致在腔室内难以形成空化,没有产生明显的脉冲,且驻点压力大幅度减小;不同水深的径向压力分布曲线基本是相同的,近似服从高斯正态分布;轴向驻点压力均随靶距的增大而减小,其衰减特性与连续射流及非淹没情况相似,只是其在有围压情况下衰减速度更快;水下自激脉冲射流装置的内部流场存在轴心主射流低压区、两个对称的负压区、碰撞高压区,并在靠近碰撞体的腔体处产生漩涡,其外流场和冲击射流流场相似,但不存在射流核心区.     

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。     

喷嘴几何参数对自激吸气脉冲射流性能影响的正交试验

为确定自激吸气脉冲射流喷嘴的几何参数及其交互作用对其性能影响的显著性及重要性次序,运用正交试验的方法,对自激吸气脉冲射流喷嘴的吸气性能和冲击性能进行试验研究,并通过极差分析和方差分析研究了喷嘴面积比、相对腔内面积、相对腔长等因素及其交互作用对装置的吸气性能和冲击性能影响的敏感性.2种分析方法得到的结果一致表明,自激吸气脉冲射流喷嘴几何参数对吸气性能影响的主次顺序依次为相对腔长、相对腔内面积、相对腔长与相对腔内面积的交互作用、喷嘴面积比与相对腔内面积间的交互作用、喷嘴面积比;几何参数对喷嘴冲击性能影响的主次依次顺序为:喷嘴面积比、相对腔内面积、相对腔长与喷嘴面积比的交互作用、相对腔长,其中前两者对喷嘴冲击性能影响远大于后两者.验证性试验证实了正交试验结论.     

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ALE方法淹没条件下水射流破土数值模拟与试验

针对目前水射流破土研究中缺少对非淹没与淹没条件下整体冲击、破坏过程差异分析的问题,采用ALE算法对水射流破土进行流固耦合数值计算建模并分析淹没条件及非淹没条件下冲坑演化差异。通过ANSYS/LS-DYNA有限元数值模拟与联合PFV软件的高速摄像机试验进行对比验证仿真模型的有效性,探究淹没条件及非淹没两种射流状态破土成坑过程差异及土体内部应力分布瞬时信息。研究结果表明:冲蚀体积相同时,淹没条件下射流对靶目标刺激更小;相同工况、淹没射流破土到达稳定坑形时,淹没射流冲坑深度为非淹没射流冲坑深度的33.8%,淹没射流冲坑径宽为非淹没射流径宽的71.4%。研究结果可为水射流破土冲挖现场应用提供参考依据。     

环空淹没射流吸气性能与能量耗散特征研究

淹没条件下喷嘴出口存在外界静压,引射管的截面和入流压力对环空射流过程中的吸气性能和能量耗散都有显著的影响。为能更好地对淹没条件下环空射流喷嘴进行调控,采用数值模拟与试验验证的方法分析了不同截面比和入流压力对喷头吸气量和气液比的影响,并从流场、能量耗散以及涡流强度3方面对这些影响进行了研究。结果表明:低截面比下,随着入流压力的提高,吸气量和气液比都随之提高;高截面比下,随着入流压力的提高,吸气量提高而气液比则先增加后降低,这种工况下气液比存在最大值。随着截面比的提高,吸气量增加而气液比则降低;不同入流压力下低截面比对气液比存在高可控性;不同截面比下高引射流入流压力对气液比存在高可控性。相同的湍动能增量下,不同截面比的湍流耗散率的增量远大于不同入流压力的湍流耗散率增量,能量耗散更大。这些特性与不同入流压力时引射流与槽内水压差以及不同截面时引射流对喷嘴的封闭作用有关。     

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.     

脉冲液-气射流泵能量平衡试验研究

根据脉冲液-气射流泵主要流动部件的能量损失压力比,对其能量平衡进行试验,研究主要过流部件的能量转化与脉冲频率之间的关系;与恒定液体射流泵试验数据进行对比,证明脉冲频率、脉冲装置对脉冲液-气射流泵的主要流动部件的能量损失压力比有一定的影响,脉冲射流是提高射流泵传能及传质效率的有效途径。     

冲蚀磨损对全射流喷头可靠性的影响

阐述了全射流喷头射流元件主要磨损形式为冲蚀磨损．为了研究冲蚀磨损对全射流喷头可靠性的影响,定义了全射流喷头的三项失效指标：末端雨滴直径、步进频率和步进角度．完成了磨粒质量浓度为1％,2％和3％三种情况下的全射流喷头磨损试验,测试了喷头的主要水力性能参数,即喷头流量、喷头信号水流量以及末端雨滴直径随时间变化规律．试验结果表明：喷头的主要水力性能参数随着磨粒质量浓度的增加而显著增加,但质量浓度变化对水力性能参数的影响逐渐减小．信号接嘴1作为喷头的最易磨损件,可选用耐磨材料来加工,以提高喷头工作的可靠性．     

脉冲液-气射流泵能量平衡

应用能量平衡分析方法,得到脉冲液-气射流泵内能量损失的压力比表达式,分析其传能及传质的机理和主要影响因素,研究了主要流动部件的能量损失变化对脉冲液-气射流泵性能的影响,并进行了相应的试验研究和数值研究.研究可知最优面积比的液-气射流泵应是在较大的流量比区间具有较好的压力比,通过5个面积比的试验得到最优面积比为4.34.研究结果表明：主要流动部件的能量损失的理论分析与试验结果基本一致;计算了主要流动部件的能量损失压力比,分析其与面积比和流量比的关系;脉冲射流频率、射流泵的面积比、流量比和射流泵喉管长度是影响射流泵能量平衡和液-气射流泵能量特性的主要因素.通过各面积比下,脉冲与恒定液-气射流泵能量损失压力比、性能、效率的试验数据进行对比研究,验证了脉冲射流是提高液-气射流泵效率的有效途径.     

液体射流泵空化噪声与振动试验

针对液体射流泵的空化噪声与振动进行了试验研究;运用B＆K加速度仪和水听器对射流泵各部位在不同工况下的空化噪声与振动进行了测量。结果表明：（1）射流泵空化噪声以单极子声源为主,随着流速和紊流度的增大,偶极子作用逐渐增大;（2）射流泵空化噪声与振动随空化程度加剧而更强烈,最强烈处也从喉管向扩散管转移;（3）射流泵面积比越小,达到临界空化前噪声频谱波动越强,临界空化之后噪声谱级趋于平稳,随频率增加而递减;（4）初生空化出现前后噪声在整个频域范围内都有一个较大的跃升,约5-10 dB,此跃升可作为判断初生空化的参考方法;（5）泵体3个正交方向振动并不相同,径向振动较轴向更为明显。     

射流自吸式液气两相流喷射泵引射性能试验

针对截面比的大小这一影响射流式喷射泵性能的最重要的因素,通过试验,对不同系统压力下截面比与喷射泵引射性能的关系进行研究.对不同喷嘴尺寸下,不同截面比的喷射泵随进口水压改变时的水流量、引射空气量、引射系数进行试验测试,获得了不同工况、不同结构参数的喷射泵的引射空气试验值.试验结果表明,喷嘴出口直径为5.5 mm的喷射泵在0.40 MPa的系统压力下,系统水流量最大为1 940 L/h,引射空气量最大为1 090 L/h;喷嘴出口直径为4.0 mm的喷射泵在0.60 MPa的系统压力下,系统水流量最大为1 240 L/h,引射空气量最大为1 280 L/h;引射系数随着压力的升高而增大,当增大到一定值后保持不变.在0.40 MPa的系统压力下,喷嘴出口直径为5.5 mm和4.0 mm的喷射泵引射系数分别为0.56和1.07.在射流自吸式液气两相流喷射泵的设计和实际应用中,不仅要提高引射空气量,更要提高引射系数.     

基于CFD数值模拟的排污阀冲蚀磨损影响规律

针对排污阀因长期排污工作导致的冲蚀失效问题,采用CFD仿真模拟的方法开展关于流体流速、颗粒粒径、含砂体积比与阀门开度等因素对阀套式排污阀冲蚀磨损性能影响的评价分析.结果表明:阀芯、阀座密封接触壁面间的冲蚀破坏是造成整个排污阀失效的主要原因.在流速1～9 m/s、颗粒粒径0.1～0.5 mm、含砂体积比2％～10％、阀门...     

豫东平原夏玉米耐淹试验研究

通过2009、2010年夏玉米耐淹测坑试验,探讨不同淹水历时及排水情况对夏玉米长势、产量形成因素、产量的影响。结果表明,叶面积系数在不同处理的情况下,差异显著;百粒质量和穗粒数随着排水历时增加而减少,减产幅度增大;排除地下水情况下淹水历时应低于6d,这样经济产量减幅可控制在5％以内;没有排水条件下,淹水历时应小于4d,...     

中国保护性耕作对土壤风蚀的影响研究

为探讨保护性耕作措施对农田土壤风蚀的影响,通过中国知网,以“免耕或保护性耕作并且土壤风蚀”为主题,检索至2020年底公开发表的中文期刊论文,对检索到的论文进行整理分析。结果表明,中国保护性耕作对土壤风蚀的田间试验均来自北方干旱半干旱农田,研究方法以集沙仪野外测量为主；保护性耕作研究中对土壤风蚀方面的研究占比较少,产量效应一直是保护性耕作的研究重点；综合相关研究分析,保护性耕作平均可减少农田土壤风蚀量71.2%；保护性耕作减少农田土壤风蚀具有普遍性,少量研究认为保护性耕作不能减少农田土壤风蚀量。     

砾石覆盖对抑制旱作农田土壤风蚀效果的风洞模拟

针对中国阴山北麓旱作农田风蚀比较严重的现实,将旱作农田地表铺设不同覆盖度和粒径的砾石后进行风洞试验,旨在探索砾石覆盖度和粒径在抑制旱作农田土壤风蚀效果方面的作用,为采取合理的防风蚀措施提供技术依据。利用野外风洞原位测试方法,完成了6种风速下对应净风和挟沙风时的不同砾石粒径和覆盖度下的旱作农田土壤风蚀测试。结果表明：无论净风还是挟沙风,增加砾石覆盖度,旱作农田抗风蚀效率均提高,但当砾石覆盖度超过28%后,其对提升抗风蚀效率作用不大;在相同覆盖度下,随砾石粒径的增加,输沙量、抗风蚀效率略有变化,但不明显;将耕