新型人工淹没水射流喷嘴流场数值模拟与结构优化

为了扩展淹没型空化水射流的应用场所,同时扩大其有效靶距范围,设计了一种新型人工淹没水射流喷嘴,利用Fluent软件对喷嘴内部流场进行了数值模拟,并以气含率和气相体积为评价指标对喷嘴结构参数进行了优化。结果表明:所设计的喷嘴能够有效产生空化,空化主要在射流与伴随流之间的剪切层产生;喷嘴的结构参数对空化影响较大,内喷嘴圆柱段长度为4 mm,直径为2 mm,扩散段角为20°,外喷嘴直径为16 mm时,射流的空化效果较好。     

轴对称淹没水射流喷管内外紊流流场数值模拟

利用淹没水射流可对有机物进行降解.为研究淹没水射流降解的流场特性,根据轴对称淹没水射流撞击靶件的条件建立了物理模型,选用κ-ε紊流模型采用SIMPLEC算法进行数值计算.计算结果表明,流场存在射流区、漫流区、撞击区和漩涡区:射流区离靶件较远的部分同自由射流结构相似;靶件冲击面上压力分布近似的呈正态分布.对物理模型进行适当的改进并进行模拟,其结果同相应的实验数据相吻合,验证了本模型的可行性和计算结果的正确性.     

空化射流实验研究

空化水射流技术是将空化作用引入到高压水射流而形成的一种新型高压水射流技术，在同等条件下，空化射流相对于普通高压水射流具有破碎和切割能力更高的特点。通过数值模拟和实验方法对空化技术进行研究，进行了喷嘴流场的数值模拟计算，设计了空化射流实验装置及空化喷嘴。以生锈铁板为研究对象，分别进行了喷嘴型号、打击时间、入口压力、靶距和扩散段长度的空化射流打击效果对比实验，研究了空化参数对空化效果的影响。实验结果表明角形喷嘴进行淹没射流的空化效果较好，空化射流除锈具有最优打击时间。不同的入口压力对应不同的最佳靶距。     

喷嘴结构对高压水射流影响及结构参数优化设计

喷嘴是产生高压水射流的关键部件,其结构形式对射流动力学性能有很大影响。以圆柱形喷嘴为对象,进行喷嘴结构对高压水射流的影响分析及结构参数优化设计。采用两相流计算流体力学模型进行喷嘴内外的射流流场分析。为节省计算资源,在优化设计时引入Kriging代理模型替代计算流体力学模型。分别采用改进的非劣分类遗传算法和基于分解的多目标进化算法进行单目标和多目标优化设计。研究结果表明:直线型喷嘴总体性能较优,凹型喷嘴的次之,凸型喷嘴性能最差。以直线型喷嘴为设计对象,以射流初始段长度和流量为目标,得到了单目标和多目标优化设计结果。单目标优化时,两个指标较基准外形分别提高14.71%和27.56%。多目标优化时,优化得到的半锥角处于[15.4°,89.8°]区间内。运用代理模型和进化算法的全局优化方法在进行喷嘴的优化设计时是有效的。     

脉冲防暴水炮非淹没气体射流的RANS和LES模拟

为提高脉冲防暴水炮刺激剂的雾化水平,必须提高射流的出口速度和改善雾化带形状,而这些因素与管内非淹没气体射流的湍流流场息息相关。为准确描述湍流分布和水柱加速过程,对脉冲防暴水炮的非淹没气体射流进行了RANS和LES模拟。结果表示LES模型较RANS的标准k-ε模型能更为精确地描述湍流分布和管内非淹没气体射流速度的各向异性。但两者对于水柱加速过程的描述基本一致,只是由于LES模型的气液参混较为充分,气液速度相差较小,而可能导致两模型气体在喷口膨胀规律的异同。LES模型气液界面复杂,是用于研究管内气液流型的理想方法。该方法为三维模拟打下了较好的基础,所得结果可以作为管外射流研究的初始条件。     

高速水射流倒空弹体装药安全性研究

本文阐述了高速水射流倒空弹体装药的机理,建立了确定水射流引爆炸药的临界速度的模拟实验方法和模型,进行了高速水射流冲击炸药的安全性试验,并对试验结果进行了分析,证明在工作泵压下高速水射流倒空弹体装药安全、可靠。     

空化射流降解毒性有机物实验研究

利用空泡溃灭局部产生的高温高压、强压力脉冲和微射流，可对大分子有机物进行降解。将空化效应引入高压水射流形成空化射流可对毒性有机污染物进行降解。分析了空泡溃灭过程的物理化学效应，研究了空化射流降解苯酚的机理，设计了空化射流实验装置，对配制的苯酚溶液进行了不同实验条件下的空化射流降解对比实验，采用高效液相色谱法测定采集样品的苯酚质量浓度，对实验效果进行对比分析。实验结果表明：空化射流对苯酚降解有效，空化射流降解实验存在最优喷嘴入口压力和最优靶距。     

不同形状喷嘴内流场模拟分析

建立了前混合磨料水射流喷嘴内固液两相流动的数学模型,运用Fluent软件对圆柱型、圆锥收敛型、流线型和圆锥带圆柱段收敛型喷嘴内流场进行了数值模拟,分析了喷嘴形状对喷嘴内流场和磨料颗粒加速性能的影响,并通过切割实验验证了仿真结果的可靠性。结果表明:圆柱型喷嘴能量损耗较大,圆锥收敛型喷嘴对磨料颗粒的加速性能差,流线型喷嘴性能良好但不易加工,只有圆锥带圆柱段收敛型喷嘴是用作前混合式磨料水射流喷嘴的最优选择。     

高压水射流

高压水射流技术是近20年来得以迅速发展的一项有利于环境保护的新技术。其基本原理是以水为工作介质,通过高压发生设备和特定形状的喷嘴产生高速射流,这种射流具有极高的能级密度,如果在高压水中注入一定比例的磨料从而形成磨料浆状射流,由于磨料射流所具有的硬度高、比重大、磨削力强等     

脉冲防暴水炮拉瓦尔型喷嘴雾化过程仿真研究

研究防暴水炮优化控制问题.防暴水炮以高压气体作为动力,喷嘴作为射流发射元件.根据警用脉冲防爆水炮的射流特点,设计了拉瓦尔型喷嘴.在VOF和LES模型相结合的基础上,建立了喷嘴的数学模型和物理模型,并采用OpenFOAM软件对近喷口流场进行了数值仿真.通过研究发现拉瓦尔型喷嘴在雾化效果和射程上都能达到很好的效果,并通过对拉瓦尔型喷嘴近喷口流场雾化形态、雾化角、速度云图的模拟、分析,确立了张角为15°和18°之间的喷嘴较为合理,为脉冲水炮的进一步优化提供了借鉴依据.     

警用脉冲防暴水炮新型喷嘴内部流场的大涡模拟

根据新型喷嘴的结构特点，构建了喷嘴的物理模型和数学模型，并采用Fluent6．2．16软件中的LES模型对喷嘴流场进行数值计算。模拟结果表明：射流进入喷嘴收缩段后会发生强烈的剪切作用，引起流场速度和压力的急剧变化。收缩角对喷嘴内部流场的影响较大，本模型中收缩角优化值取30°，圆柱段长度对喷嘴内部流场也存在影响，本模型中该长度优化值取32mm。     

乳化油废水空化射流破乳实验

建立了空化射流破乳实验系统,确定了空化射流破乳实验方法。以空化射流破乳除油率作为衡量空化射流破乳效果好坏的标准,通过实验研究了表面活性剂质量浓度、油的质量浓度、静置时间、喷嘴入口压力、循环处理次数、靶距对空化射流破乳效果的影响规律。结果表明:与未添加表面活性剂相比,添加少量表面活性剂将使空化射流破乳除油率大幅度下降;空化射流破乳方法主要对不含表面活性剂的模型乳化油废水有一定效果;空化射流破乳除油率随着模型乳化油废水油的质量浓度、静置时间、喷嘴入口压力的增加而增加;循环处理次数较少时,空化射流破乳除油率随着循环处理次数的增加而增加,但循环处理次数过多反而使除油率下降;存在最佳靶距280 mm。     

预燃室内气氢气氧射流燃烧过程数值分析

建立了液体火箭发动机预燃室内气氢气氧射流燃烧过程的数学模型,包括燃烧过程控制守恒方程、湍流流动方程和湍流燃烧模型,以及求解控制方程所需的辅助关系式;给出了模拟射流燃烧过程的数值方法。对于给定的预燃室结构型式和尺寸,研究了喷嘴构型和氧的喷射方式对化学反应流场和燃烧性能的影响规律。结果表明,喷嘴构型和氧的喷射方式对流动过程和燃烧性能都有影响,且喷嘴结构的影响较为明显。     

空化射流喷嘴流场的数值模拟

根据角形喷嘴结构特点,建立了喷嘴的物理模型和数学模型.选用к-ε紊流模型,并采用SIMPLEC算法进行数值计算.模拟计算表明,射流进入扩散段后与周围介质发生强烈的剪切作用产生明显的负压,有利于空化气泡的产生.扩散角对喷嘴内部流场影响较大,存在最佳值30°;扩散段长度对喷嘴内部流场也存在影响,初始取值为12 mm;圆柱段长度对喷嘴内部流场影响较小,其取值有一范围2～10 mm,初始取值为4 mm.采用相关的实验数据验证了本模型的可行性.     

军用油桶高压水射流清洗实验研究

通过对军用油桶高压水射流清洗方法和实际油桶高压水射流清洗实验的研究，给出了射流参数与清洗效果之间的关系以及高压水射流洗桶作业的优化技术参数(压力：20MPa，流量：30L／min，温度：70℃)，为军用油桶清洗作业提供了一种高效、高质量、无污染、易于实现自动化流水作业的清洗方法。     

高速气流条件下的喷嘴与火焰稳定器匹配特性研究

针对亚燃冲压发动机燃烧室内部流动特点,在二元稳定器气流试验装置中使用拍摄OH基自发光辐射的方法,研究了火焰稳定器与喷嘴以不同间距匹配情况下的燃烧特性,利用气液两相流模型数值仿真手段,分析了试验工况下燃油雾化液滴与稳定器后方油气比的分布情况.通过对比分析认为,高速气流条件下喷嘴与火焰稳定器间距变化对反应流场影响明显,喷-...     

目次

为改善等离子体合成射流激励器在稀薄空气环境中的控制效果,增强其临近空间环境适应性,开展了腔体增压条件下激励器工作特性的研究。建立了腔体增压效果理论分析模型,计算结果表明:采用高压气源供气可以较好地提升激励器腔体气压,并且腔体气压对高压气源气压具有较好的跟随性,从而为射流强度调节提供了一种新的方式。搭建了腔体增压等离子体合成射流激励器实验系统,开展了腔体增压压力和射流流场特性测量,实验测量结果与计算结果吻合良好,误差小于2.6%。高速纹影观测显示:在腔体增压作用下,激励器控制力得到显著改善,射流锋面峰值速度由256 m/s提升至507 m/s。     

三组元喷嘴混合特性的试验研究

本文对四种类型的气氢／液氧／煤油三组元喷嘴进行了混合特性试验, 研究了内喷嘴的缩进长度对同轴离心外混式喷嘴混合特性的影响, 对比了相同的三组元工况下各喷嘴的混合特性, 分析了喷嘴结构对混合特性的影响, 进行了单喷嘴和三喷嘴的混合特性试验, 试验结果表明： 在相同的三组元工况下, 同轴直流式喷嘴的流强分布跨度比同轴离心式喷嘴小。所得结论对三组元喷嘴和气液同轴式喷嘴的优化设计有参考价值。     

基于火光辐射的射流速度测试技术研究

为了满足超高速聚能射流的测速要求,采用狭缝光阑与高速光电探测器构成被动探测模块,探测射流的自身火光辐射。测速系统以多级光阑前后排列的方式限制探测幕面的视场与厚度。分别对两级、三级光阑2种滤光模式建立了光学模型,模拟射流过靶时各级光阑的滤光性能。仿真结果表明,三级光阑可以有效衰减射流自身的强辐射,并且可以滤除探测幕范围之外的爆炸火光以及设备内的反射光,滤光效果超过99.25%。采用三级光阑逐级滤光的方法,解决了射流辐射亮度强并且伴随有杂散光导致其速度不易测试的难题。最后在外场进行射流测速试验,得到的信号波形印证了仿真结果的正确性。对过靶信号进行相关性分析处理得到射流的精确过靶时间,计算得到的射流速度为6 500 m/s左右。将测得数据结果与高速摄影测速结果进行对比验证,测速系统的不确定度低于1.9%,验证了系统的可行性。     

不同射流状态下射流气体与高超声速主流相互作用影响

为研究不同射流状态对高超声速飞行器气动加热的影响,对高超声速来流条件下方孔和圆孔横向射流模型进行数值模拟,讨论射流压强、射流速度及射流方向对主流流场的影响,得到了不同射流状态下流场结构、壁面温度热流分布及壁面中心线温度热流变化。结果表明:射流在一定程度上能缓解壁面气动加热情况,壁面引射效果更好,壁面引射速度1 m·s~(-1)时壁面热流降低接近三分之二。在高速(Ma1)射流情况下,适当增大压强和速度,均会使得射流下游的冷却效果加强;在中低速(Ma0.6)射流情况下,射流基本上不改变主流流场而在边界层内流动,流速越大,冷却范围越大,冷却效果也相对较好。射流方向与主流方向夹角为锐角时,利于射流孔下游降温;夹角为钝角时,利于射流孔上游降温。