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.     

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。     

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.     

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.     

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试验台.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交互作用;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速度提高150.0%,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大,分别提高80.0%和23.3%.     

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。     

深水自激吸气式脉冲射流装置冲击特性的试验研究

运用自行研制的水下射流试验系统对自激吸气式脉冲射流装置在不同围压和靶距下的冲击特性进行了试验研究,获取了装置吸气量以及靶盘上冲击力,分析了装置射流冲击力随围压和靶距的变化规律。研究表明:下喷嘴直径对吸气量影响较大,存在一个最佳范围;随着围压的增加,同一靶距下靶盘上各圈射流冲击力均减小,不同围压下靶盘靶心和不同圈之间冲击力变化规律是不同的;对于不同的下喷嘴直径,围压越高和靶距越大,冲击力分布曲线越平缓。     

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.     

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。     

淹没条件下自激脉冲射流冲蚀试验研究

为了对比不同淹没条件下连续射流和低压大流量自激吸气式脉冲射流冲蚀效果,利用自行研制的射流冲蚀系统进行了射流冲蚀石蜡效果试验研究,得到不同淹没水深下射流打击力、吸气量、石蜡冲蚀深度、石蜡冲蚀体积和石蜡冲蚀表面积等.结果表明：在不同淹没水深下,连续射流打击力大于吸气脉冲射流,而吸气脉冲射流打击力又大于不吸气脉冲射流打击力,且随着水深的增大,自吸气与不吸气之间脉冲射流打击力差值越来越小;当淹没水深较小时（≤30 m）,由于气体对石蜡剥蚀作用较强,连续射流冲蚀深度小于吸气脉冲射流,而当水深较大时（≥40 m）,由于吸气量变小,剥蚀作用减弱,冲蚀深度则相反;在冲蚀面积和体积上,在各种淹没水深下吸气脉冲射流冲蚀效果均好于连续射流,且随着水深的增加,两种射流的冲蚀面积和体积逐渐变小,差值也越来越小.     

双喷嘴射流喷头数值模拟和射程试验研究

介绍了一种新型旋转式喷头——双喷嘴射流喷头结构形式和工作原理.首先对进水口公称直径为10 mm的射流喷头进行数值模拟研究,得到了主喷嘴和副喷嘴出口的压力和流量变化和射流脉冲频率.通过对宏观和微观条件下的喷头内部流动进行研究,分析了射流喷头的工作机理,主要有控制管内压力水流的流动状态和射流空间的低压涡流的变换过程.对双喷嘴射流喷头的射程进行初步试验研究,在0.05~0.25 MPa条件下,选用6.0,4.0,2.5,1.5 mm的喷嘴进行组合喷灌,结果表明射流喷头的射程范围为6~16 m,射程最远的为喷嘴直径4.0 mm×2.5mm的射流喷头,其次为喷嘴直径2.5 mm×1.5 mm的射流喷头,射程最近的为喷嘴直径6.0 mm×6.0 mm的射流喷头,喷头的射程能满足喷灌要求.     

基于大涡模拟的射流自吸式离心泵非定常流动分析

为了研究射流自吸式离心泵的非定常流动特性,选取内置射流喷嘴的自吸式离心泵作为研究对象,在定常数值计算的基础上采用大涡模拟技术对其进行了非定常数值求解,获得了全流场的流动信息,以第4圈收敛后的流场为例,分析了1个周期内不同时刻下的流场变化规律,并监测射流器内监测点的压力脉动,通过快速傅里叶变换(FFT)分析了监测点的频域特性.结果表明:在1个旋转周期内低压区始终位于射流器直线段,高压区位于泵腔内;靠近叶轮进口位置监测点的压力脉动值要小于靠近喷嘴附近的值;设计工况下,各个监测点的压力脉动最强频率在290.06 Hz附近,监测点的数值模拟主频与理论计算所得的转频与叶频略有偏差,压力脉动集中在fn~3f_n区间的低频区域.     

导板式扇形喷嘴清洗射流流场的数值模拟

为了提高导板式扇形喷嘴射流清洗效率和清洗质量,优化喷嘴结构,针对以水为单介质流体的导板式扇形喷嘴的流场特性,利用Pro/E软件建立了不同导流距离、导流面倾角和清洗距离的三维导板式扇形喷嘴模型.采用标准k-ε模型,并运用ANSYS Workbench软件对导板式扇形喷嘴的流场速度、压力等物理量进行了射流流场数值模拟.在边界条件和初始条件相同的情况下,分析了导板式扇形喷嘴在不同结构参数和不同清洗距离下的射流特性变化规律,从而为导板式扇形喷嘴的设计和优化提供了一定参考依据.结果表明:随着导板式扇形喷嘴倾斜角度θ的增大,打击在清洗件上的压力值逐渐减少,相反清洗范围则逐渐增大;随着清洗距离的增大,被清洗件轴线上压力逐渐减少,同时清洗范围有小幅度的增大;在20°的扇形倾斜角度、15和25mm的导流距离及80~120 mm的喷头清洗距离下,导板式扇形喷嘴的清洗效果最佳.研究结论可为扇形喷嘴的设计和优化提供参考.     

低压射流不同喷嘴参数及压力下破碎过程实验

研究了不同低压下喷头喷嘴直径和喷嘴锥角对射流破碎的影响。采用高速摄像仪对低压圆柱射流的射流核心长度和射流破碎长度进行实验,测量了不同喷嘴结构的流量、射程和末端水滴直径。结果表明:同一压力下,当喷嘴锥角不变时,随着喷嘴直径的增大,喷头流量、射程和喷头末端水滴直径都变大,射流核心长度和破碎长度均增大;当喷嘴直径不变时,随着喷嘴锥角的增大,喷头流量逐渐减小,而喷头射程呈先增大后减小趋势,喷头末端水滴直径也变大,射流核心长度逐渐减小,射流破碎长度先减小后增大。综合考虑射程和雾化效果,直径为5 mm、锥角为45°的喷嘴为最优选择。同时通过对不同Re数和We数的实验和分析,给出了适合低压喷嘴的两种射流特征长度的拟合关联式。     

射流自吸喷灌泵喷嘴系数的理论推导与试验

为了研究射流式自吸喷灌泵射流喷嘴的内特性,利用流体力学基本原理,对射流喷嘴阻力系数、流量系数进行了理论推导.设计了4种不同尺寸的射流喷嘴,对4种喷嘴的阻力系数、流量系数进行了理论计算,得到了不同出口直径下各系数的变化规律.对分别安装4种射流喷嘴的喷灌泵进行了自吸性能的试验.结合试验结果和各系数的变化规律,分析了射流喷嘴阻力系数和流量系数对射流式自吸喷灌泵自吸性能的影响.结果表明,随着喷嘴出口直径的增大,阻力系数减小,流量系数增大,自吸时间缩短,但达到一定程度后,卷吸作用减弱,自吸性能变差.     

叶轮直径对双蜗壳离心泵压力脉动特性的影响

为分析叶轮直径对双蜗壳离心泵压力脉动特性的影响,采用SST k-ω湍流模型和SIMPLEC算法对不同叶轮直径下的双蜗壳离心泵进行数值计算,将外特性参数试验结果与计算结果进行对比。研究表明,离心泵外特性参数(扬程H与输出功率P)随直径变化是等梯度的,并且计算值与试验值基本吻合;小流量工况下压力脉动幅值高于其他流量工况,叶轮直径变化会使叶片弯曲度发生改变,受动静干涉以及射流-尾迹的影响会出现脉动叠加现象,从而在叶片通过频率的倍频处(3fBPF或4fBPF)产生高幅值脉动;隔舌区域流动混合现象最为明显,且除D^2/D2=1(模型3)以外,隔舌位置处的压力脉动峰值均出现在叶片通过频率处。对于所选取的模型,除过隔舌区域监测点之外的其他监测点处压力脉动峰值处的脉动幅值随叶轮直径增大逐渐增大,且最大幅值波动达到23.8%。叶轮直径变化时射流-尾迹与动静干涉作用对离心泵内部压力脉动特性有重要影响。     

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。     

脉动式气体射流冲击干燥机

为解决气体射流冲击干燥机装载量低、喷嘴直径与喷嘴出口形状更换困难等问题,设计了一种脉动式气体射流冲击干燥机.该干燥机可根据不同物料调整风温、风速、料架转速及喷嘴直径与出口形状.干燥过程中物料受脉动高速热气流的冲击,有利于物料内部水分向外迁移.以加工番茄为例进行了干燥机的性能验证试验,结果表明:脉动式气体射流冲击干燥与气体射流冲击干燥相比装载量和去水强度得到了较大的提高.     

小型气液射流泵内部流场数值模拟及优化选择

为深入研究采用空气作为工作流体的气液射流泵性能和特征,设计了不同结构的气液射流泵试验模型.应用VOF方法,结合k-ε湍流模型,根据试验所得数据确定边界条件,对相同工作气体压力和不同参数下的气液射流泵内部流动进行了数值模拟.模拟结果表明,带有扩张式喷嘴的气液射流泵流体的速度和静压分布情况比非扩张式喷嘴的气液射流泵的好;喉嘴距为5mm气液射流泵的速度分布情况较佳;混合室直径为6 mm的气液射流泵的速度分布情况较好.带有扩张式喷嘴喉嘴距为5 mm及混合室直径为6 mm的气液射流泵有较好的速度分布.