高压水射流破碎岩石数值模拟

针对高压水射流破碎岩石的特性，结合多物质流固耦合算法与ALE(任意拉格朗日欧拉)算法，利用显示动力学有限元程序对该复杂过程进行数值模拟，得出岩石破碎过程中的流体与固体的相互作用及岩石的破碎动态扩展过程并对连续射流冲击与脉冲射流冲击对岩石的切割效果进行对比。     

非定常水射流的调制原理及形成方法

从理论上论述了非定常水射流的调制原理，特别是对射流的液珠化过程以及调制后射流与靶体的碰撞作了较详细的分析。简要概括了形成非定常水射流的各种外间断法和内调制法，并分析了各种方法的优缺点。通过对这些方法进行比较，得出激振荡射流和混沌调制冲击射流是比较有发展前途的水射流技术。     

射流泵装置性能预测方法

提出了一种射流泵装置性能预测方法,并进行了试验验证.以射流泵试验所得射流泵的流量比与压力比曲线,以及离心泵的流量扬程曲线作为预测初始条件,通过射流泵装置2种吸上高度4.5和9.0 m的性能试验,比较各流量比时装置工况点试验值与预测值精度,发现数值解法整体误差较小,能更好地反映射流泵扬程随流量比变化的情况,但与试验值相比仍存在误差且个别工况点误差较大,需进一步修正.引入预测值与试验值的比值作为修正系数,通过Plackett-Burman试验设计,从吸上高度、面积比、喷嘴直径、流量比、喉嘴距、喉管长径比、泵转速等因子中筛选出对射流泵扬程影响效应显著的面积比及流量比作为修正公式的关键参数,利用遗传算法和公式自动搜索拟合,得到射流泵扬程的计算公式,且相关系数超过0.99.通过射流泵装置在吸上高度为3.5和8.0 m的试验结果比较,表明具有较高的可信度.     

Transient heat transfer characteristics of air-array-jet impingement with different nozzle arrangements on high-temperature flat plate in small jet-to-plate distance

Numerical studies on transient heat transfer characteristics of air-array-jet impingement with a small jet-to-plate distance and a large temperature difference between nozzles and plate were presented.The dimensionless jet-to-plate distance(H/D)was 0.2,and non-dimensional nozzle-to-nozzle spacing(S/D)was 3,4,5 and 6,respectively.It is found that the quenching time is shortened at a constant total mass flow at air jet inlet m·(m·=218.21 kg/h),and the heat transfer uniformity is deterio-rated as S/D increases.However,the adding reversed-flow nozzles can shorten the quenching time of the glass plate considerably with a modest change in the heat transfer uniformity.The results at variable m·are the same as those at a fixed m·.Furthermore,the parity and arrangement of nozzles are also discussed,It is found that an odd number of nozzles is more beneficial for transient heat transfer.Based on these results,an appropriate proposal for ultra-thin glass tempering process is presented.     

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.     

绕水翼空泡脱落及其空化脉动特性

为改善水力机械抗空化性能,采用数值模拟与试验相结合的方法对NACA0015水翼非定常云空泡脱落机理进行研究,分析不同空化阶段下非定常空泡结构对翼型表面产生的空化脉动规律,探讨空化非定常过程中压力脉动产生的主要原因.结果表明:基于密度分域滤波器的湍流模型(FBDCM)能较好地模拟水翼表面空泡周期性脱落的非定常过程;在攻角为8°,空化数为1.25的工况下,空泡演化的非定常过程主要分为3个阶段,分别为附着型空泡形成与生长阶段、附着型空泡脱落与云空化形成阶段和云状空泡发展与溃灭阶段;在第二阶段结束时,空泡体积分数增至该周期内最大值;在第三阶段,由于空泡在翼型表面逐渐脱落并溃灭,翼型表面的压力水平逐渐回升,且回射流是空泡脱落的主要原因.     

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.     

全圆旋转射流喷头设计与水力性能试验

为了提高农业节水灌溉效率,提出了一种全圆旋转射流喷头。确定了喷头的CFD数值模拟方法,选取深宽比、位差比、劈距比、侧壁倾角作为试验因素,以射流附壁切换频率和流量振幅为指标,通过正交试验得到了喷头内流道的优化结构。通过高速摄影技术对喷头的射流附壁切换频率进行测定,同时监测喷头的进口流量,结果表明,模拟所得的流量压力关系与试验结果基本一致,相对误差范围为2. 1%～4. 0%,射流附壁切换频率随进口压力的变化趋势基本相同,相对误差范围为7. 7%～22. 2%。当进口压力为0. 15、0. 20、0. 25 MPa时,分别研究了PY210A型摇臂式喷头和射流喷头的水力性能,其中射流喷头的流量较小(1. 19～1. 53 m3/h)、射程较远(13. 0～15. 7 m)、平均喷灌强度较小(2. 85～3. 63 mm/h),转动周期较短(81～105 s),摇臂式喷头的喷洒水量呈"马鞍形"分布,射程近处和远处的喷洒水量相对较大,射流喷头的喷洒水量呈"三角形"分布,喷洒水量随射程增加而减小。     

射流泵内部流动计算中不同湍流模拟方法的比较

为了掌握射流泵中工作流体与被吸流体的混合过程,通过基于雷诺平均N-S方程(RANS)的不同双方程湍流模型以及大涡模拟(LES)对射流泵内部三维单相流场进行数值模拟,并将这些模型的计算结果和试验值进行对比,研究了适合射流泵模型的数值方法,并在此基础上,对不同工况下射流泵的内部流动进行了分析．结果表明:采用LES方法对射流泵湍流场进行模拟计算的结果是可靠的,无论是压力比还是效率,LES模型的数值模拟结果均与试验值吻合较好;采用双方程模型预测的喉管段高速核心区在混合过程中能量耗散过快,且没有预测出剪切层的旋涡结构,只有LES方法才能得到合理的旋涡结构,从而能准确地反映出大流量工况时剪切层中工作流体和被吸流体间的动量和能量输运及混合过程,因此LES所预测的射流泵的能量特性比其他湍流模型更接近试验值;流量比越大,工作流体与被吸流体在喉管内的混合位置越靠后,势流核区沿轴向区域越长,均匀混合后的轴向速度越大．     

射流施肥泵的数值模拟

针对现有的活塞式施肥泵存在的问题,设计出一种新型射流施肥泵.利用Pro/E软件完成射流施肥泵的造型,运用Fluent软件进行数值模拟.以射流元件关键结构参数为因素,以活塞平均运动速度和切换频率为试验指标,对射流施肥泵进行了正交试验设计,并应用极差与方差分析法对活塞平均运动速度和切换频率的主要影响因素进行了分析.结果表明,喷嘴宽度和深宽比对活塞平均运动速度的影响显著;位差对切换频率的影响显著.通过多元线性回归分析,建立了活塞平均运动速度和切换频率与射流元件关键结构参数之间的回归模型,可为射流施肥泵结构设计与量化分析提供理论依据.