低压大流量自激脉冲空化射流试验研究EI北大核心CSCD

采用自行设计的自激脉冲空化射流喷嘴和试验测试系统进行了一系列低压大流量空化射流试验,得到了一组喷嘴结构参数,使得喷嘴在入口压力为0.95~1.13 MPa时能产生较为明显的脉冲效果。通过试验获得了随入口压力升高腔室内部流场变化规律,并对试验中喷嘴腔室内部压力突降现象进行分析。试验表明自激脉冲空化射流的打击力是连续射流的1.3~1.6倍。     

自激脉冲射流喷嘴参数对装置能耗影响分析

为揭示喷嘴各参数变化对低压大流量自激振荡脉冲射流装置能耗的影响,本文借助数值模拟的方式,对自激振荡脉冲射流喷嘴的能耗问题进行了探讨,根据各结构参数和运行参数变化对腔内速度矢量场、腔内空化区形状即压力场、以及脉冲射流频率影响的分析结果,得到了如下论断:在合适的工况下,上喷嘴入口速度的降低将同比例降低下喷嘴出口的能量输出,上喷嘴压力提高与下喷嘴射流动能的增加成三倍关系.经过与试验结果对照,验证了这一结论,这一结果对于优化设计自激振荡脉冲射流喷嘴,指导自激喷嘴工业化设计具有重要的价值.     

自激脉冲喷嘴装置试验研究

本文对自激脉冲射流喷嘴进行试验设计和数据分析,以自激频率、振幅以及打击力等作为响应函数,研究喷嘴结构与工作压力的配套关系。通过对自激频率和振幅的分析,揭示自激振荡腔内部周期性空化现象及其对自激脉冲形成的影响,从而从解释自激脉冲射流发生机理。根据试验数据,拟合打击力随参数变化的经验公式。最终得出工业应用中典型尺寸范围的自激脉冲喷嘴与自激频率及打击力的关系,为工业设计中的频域调制理论提供了试验数据。     

低压大直径喷嘴自激脉冲射流空化模型

为解释低压大直径喷嘴自激脉冲发生机理,本文对空化初生条件进行了讨论,提出一种可适用于高速剪切流的非定常空化模型。认为自激振荡腔内空化或凝结的发生,不仅与当地压力有关,而且与当地速度有关,并根据能量平衡条件,给出了新的空化判别标准。在一定程度上改善了非定常空化模型的收敛性,解决了非定常状态下,由于压力的变化,流体发生周期性相变,即空化和凝结交替发生的数值模拟问题。最后,对低压大直径喷嘴自激脉冲射流进行了数值模拟,并对振荡腔内的压力场、速度场以及相图之间的关系进行了分析。     

两种喷嘴喷射性能的试验研究

为比较自激振荡脉冲喷嘴和连续射流喷嘴的喷射性能,利用自行搭建的喷嘴性能测试装置对两种喷嘴的喷射性能进行了试验研究,实测了不同压力下两种喷嘴的时均喷液量,分析了不同口径的连续射流喷嘴和自激脉冲喷嘴的喷射特性,主要探讨了连续射流喷嘴、自激喷头下喷嘴直径对喷嘴喷液性能的影响,并进行了两种射流打击油泥样本的对比试验．试验结果表明,时均喷液特性相似的连续射流和脉冲射流在冲击油泥样本时,相同时间下脉冲射流的冲击破坏范围要大于连续射流,根据试验中油泥的屈服破坏过程,确定了射流有效打击力的临界值,建立射流清洗油泥时有效射程的经验估算式．     

自激脉冲喷嘴发生机理数值模拟

本文揭示了自激脉冲喷嘴产生自激振荡的根本原因。由于腔内产生了低于汽化压力的负压,引起低压区液体的汽化,加上射流不稳定剪切层的作用,最终形成大小周期性变化的轴对称空化气囊;对脉冲喷嘴腔内流场进行了二维非定常数值模拟,通过对腔内压力和流场的分析,验证了上述结论;试验研究通过对腔内压力的数据采集及对脉冲现象的同步观察,进一步说明了本文结论的正确性。     

微型超高压宝石喷嘴内部的空化与磨损

宝石喷嘴是影响超高压水射流切割系统工作效率的重要部件,而宝石内部的空化直接影响射流的形成,也是宝石磨损的重要原因之一。对400 MPa压力范围内宝石孔内部的空化两相流进行了数值模拟,阐述了射流在宝石内的形成过程,分析了长径比、压力和入口形状对宝石内空化的影响,并在相应压力下对宝石喷嘴的磨损进行了实验研究。结果表明:宝石内部的空化发展程度随着长径比的增大而减弱;在一定的长径比范围内,空化可以发展到喷嘴出口,并最终使射流的初始直径小于喷嘴直径,且在此条件下当压力升高时,射流的初始直径增大;良好的入口形线可以降低空化的发展程度;宝石入口的磨损较出口更显著,空蚀和高压水的冲蚀造成了宝石孔边缘形状的破坏,这种破坏随着压力的升高而加剧,选择合适的长径比是减少冲蚀磨损的有效途径。     

脉冲射流作用下驻点压力特性的试验研究

利用自行研制的自激振荡脉冲射流发生装置对脉冲射流垂直冲击靶盘产生的驻点压力进行了试验研究,实测了不同参数下驻点压力的瞬时变化,分析了驻点压力的脉冲特性和沿程变化特性,探讨了喷嘴直径d、喷嘴出口速度V和靶距H对驻点压力的影响,并与相同工况下连续射流的打击力做了比较。试验结果表明,脉冲射流峰值打击力明显高于连续射流,驻点压力峰值持续时间随d增大而增长,同一喷嘴直径下,驻点压力峰值与V成正比,与H成反比。     

自激振荡脉冲喷嘴结构参数配比试验研究

结构参数对自激振荡脉冲射流冲击效果存在着很大的影响,本文通过理论推导得出了自激喷嘴固有频率定性分析公式,并通过对上喷嘴直径为8-12.5 mm的低压大流量自激振荡脉冲射流喷嘴的系统试验研究,得到了其结构参数的最佳配比关系,并与以往文献介绍的高压小流量自激振荡脉冲喷嘴优化的结构参数配比相比较,根据定性公式分析引发差异的原因,结果对自激振荡脉冲射流喷嘴结构的设计具有借鉴价值。     

柴油机喷嘴入口圆角对线空化影响的试验研究

柴油机喷嘴内的线空化是一种呈现线状形态的特殊空化现象,具有高瞬态性。本文利用自搭建的稳态试验台,设计了双孔min-SAC比例放大喷嘴。并在稳定喷射压力和固定针阀升程条件下开展了试验研究。研究表明,随着喷射压差的升高,喷嘴内部线空化程度随之增加;喷孔入口圆角会影响喷嘴内部涡旋运动,进而影响线空化的分布特征;在高针阀升程下,几何诱导空化对线空化有促进作用;当喷孔入口存在倒圆角时,喷嘴内几何诱导空化被明显抑制,线空化分布特征明显不同。     

围压条件下空化磨料射流的冲蚀特性与机制分析

 磨料射流在水利水电、石油工程和海洋资源开发等领域有着广泛的应用,研究射流的冲蚀特性和破坏物料机制对提高水射流利用效率具有重要意义。利用自行研制的实验装置,研究了围压条件下自振空化、文丘里和锥形3种喷嘴形成的磨料射流冲蚀特性,分析了空化磨料射流冲蚀物料的机制。结果表明：自振空化喷嘴和文丘里喷嘴的冲蚀效果优于锥形喷嘴,空化作用有助于提高磨料射流的冲蚀效果;磨料射流的冲蚀效率随围压的增大而降低,主要原因是围压对纯水射流和空化磨料射流的压力脉动和冲击力具有抑制作用。分析认为,空化磨料射流冲蚀破碎物料的机制主要包括冲蚀、气蚀和共混磨蚀3 种作用。     

带膨胀腔喷嘴制冷剂R134a闪蒸喷雾可视化研究

闪蒸喷雾由于存在特殊的气泡爆裂使得其在较小压力下即能够实现较好的雾化效果。为了探索制冷剂R134a的闪蒸喷雾机理,本文利用高速摄像机对直管石英玻璃喷嘴内部流型以及不同膨胀腔喷嘴的外部喷雾特性进行了可视化观察及量化比较。发现随喷雾压力增大,制冷剂R134a在直管喷嘴内部表现出对称空化、非对称空化和类弹状空化等不同的空化流型,其中对称空化流型对应的雾化锥角基本相同。膨胀腔型喷嘴达到较小喷雾锥角所对应的膨胀腔长径比为1:2~2:1,最佳外部喷雾锥角稳定在70°左右。     

蒸汽浸没射流凝结引起的冲击特性研究

本文在广泛的蒸汽压力和过冷水温度范围内,针对饱和蒸汽通过不同出口直径的喷嘴在过冷水中浸没射流凝结引起的压力冲击特性进行了实验研究,测量得到了不同轴向位置和径向位置的冲击压力,并分析了入口蒸汽压力,过冷水温度和喷嘴出口直径对冲击压力的影响规律。结果表明冲击压力主要受入口蒸汽压力和过冷水温度的影响;同时,当汽水参数以及无量纲轴向和径向距离相同时,不同出口直径的喷嘴对应的冲击压力变化很小,从而表明喷嘴出口直径对压力冲击影响很小。     

基于大涡模拟的柴油机喷嘴内空化效应研究

针对柴油机喷射压力日渐增加及喷孔愈趋微细化背景下的喷嘴内部空化流动问题,基于大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)及混合均相流(Homogeneous Equilibrium Mixture,HEM)模型,对高压微细喷孔内空化流动进行了多维数值模拟研究。根据喷孔内部不同区域的流动的敏感性,运用变阿格技术建立了1/4喷嘴计算模型,并采用E.Winklhofer试验结果验证了数学模型的合理性。结果得出:超高喷射压力及微细喷孔条件下,喷孔内部空化层的演变速度极快;孔内空泡的溃灭过程促进了湍流涡团量的增加,内部湍流涡团密集区域与空化区域一致;小孔径下喷孔内部空化区域更为明显,空泡在出口处溃灭产生的流体微射流增强了出口处的湍流扰动强度,与内部空化的共同作用下有利于改善燃油的雾化质量。     

薄膜自激拍打射流的流动特性实验

在射流喷嘴出口处安装一端固定的柔性薄膜,在流速足够大时,射流和柔性膜相互诱导产生自激拍打作用,针对这一现象,提出了一种新型的自激拍打射流混合技术。在直径D=40 mm的渐缩喷嘴上固定长度L=(0.5~2)D和厚度δ=50 μm的氟化乙烯丙烯共聚物(fluorinated ethylene propylene,FEP)薄膜,使用压差计测量了光滑渐缩喷嘴以及薄膜拍打运动所引起的压力损失。通过激光片光源和高速相机进行薄膜运动状态的显示和拍打幅度的测定,探究了拍打幅度受薄膜长度和Re的影响及其变化规律,利用测得的拍打幅度(A)和频率(f)作为Strouhal数(St=fA/U_o,U_o是射流的出口速度)的特征尺寸进行研究。在Re=3×104的条件下,使用热线风速仪测量了在不同薄膜长度下拍打射流轴向速度沿中心线的分布,并对湍流度、概率密度函数等特征进行分析。此外,经过数字迭代滤波后获得射流沿中心线的积分尺度、Taylor尺度和Kolmogorov尺度等统计量。实验结果显示,拍打射流的湍流度高于自由射流,意味着前者对周围流体具有更强的大尺度卷吸能力;但对不同薄膜长度的拍打射流而言,其湍流特性存在差异;在实验所用的薄膜长度范围内,1.25D膜长时射流混合效果最好。通过考察概率密度函数及其偏斜因子(Su)和平坦因子(Fu)发现,相较于自由射流,拍打射流速度更快地接近Gauss分布,这意味着拍打射流在增强大尺度卷吸的同时也促进了小尺度的掺混。      

射流泵在制冷系统中的应用研究进展

叙述了喷射式制冷的研究意义;详细介绍了射流泵代替压缩机和节流装置的几种运用及其国内外发展现状;其中重点介绍了射流泵结构对其性能的影响。通过研究国内外的相关文献,主要从喷嘴、混合室、扩压室三方面进行综述,分析结果表明,喷嘴结构和混合室尺寸存在使射流泵性能最优的最佳值,两者对射流泵性能起着决定作用。     

400MPa超高压水射流结构的分析研究

在超高压水射流切割过程中,射流结构是设备工作效率及损耗程度的决定性因素,本文针对400MPa范围内超高压水射流结构进行了数值模拟及实验研究,得到了相关因素对其具体影响。结果表明:超高压水射流的流束可分为几个特征各不相同的区域;射流的发散程度随着压力和宝石孔径的增大而增大;喷嘴形状对射流结构具有显著的影响,渐扩的锥形出口及倾斜的出口端面有助于增强射流的集束性;宝石孔内的空化直接影响了射流的形成;空化加剧了宝石的磨损,随着宝石孔入口的磨损程度提高,水射流趋于发散。     

流经矩形喷嘴的超音速射流啸叫模式切换的实验研究

通过实验分析比较了对于相同高度不同宽度的四种矩形喷嘴, 当压力在0.2 MPa到0.8 MPa 之间变动时, 欠膨胀超音速自由射流的啸叫特性和对应的流场纹影结构.结果表明: 不同宽高比喷嘴的超音速自由射流辐射噪声中的单频离散啸叫存在两种不同的啸叫模式, 且随着射流压力的变化会出现模式间的切换.所谓模式切换是指不同模式的轮流占优和消失的现象.啸叫模式间的切换及占优区间的宽度随着喷嘴宽高比的减小而缩短.其中, 宽高比为2的射流啸叫模式中的一种模式所占的射流压降区间异常小, 此现象未在相关文献中提及; 喷嘴宽高比为4的射流啸叫占优区间内, 啸叫基频-射流压力曲线在0.49 MPa时出现了间断、跳跃现象.随着压力的降低激波纹影的轴线出现了抖动, 不同宽高比下流场结构的稳定性随压力变化的规律各异.射流压力在0.70 MPa到0.45 MPa区间内, 随着宽高比减小, 第一波节格栅的激波致密度减弱, 且出现轴向脉动, 第二波节后方的流场变得紊乱; 当射流压力低于0.45 MPa 时, 激波串结构随着宽高比的增大而趋于稳定, 在此压力区间内周期性激波格栅结构较射流压力在0.45 MPa以上时有所减弱.结合啸叫频谱及纹影图分析, 可初步认为, 第二、三波节也会对啸叫频率的声压幅值起到反馈增强作用.     

脉冲流冲击冷却换热的液晶显示实验研究

采用热色液晶定量测温技术对稳态及脉冲式空气-氮气圆形浸没射流冲击冷却换热进行了实验研究.脉冲射流的实验结果表明,对于喷嘴直径D=3 mm的情形,无论脉冲频率高低,均无强化换热效果;对于D=I0 mm的情形,在较高Re数时出现个别工况的驻点换热强化.脉冲射流表现出换热系数沿径向分布趋于均匀的特点.     

过膨胀超音速蒸汽浸没射流凝结的实验研究

针对入口压力为 0.20～0.60 MPa 的饱和蒸汽在 20～70℃过冷水中形成的过膨胀超音速蒸汽浸没射流凝结进行了实验研究.观察到了渐缩形、收缩-膨胀-收缩形、收缩-膨胀-发散形和发散形汽羽,汽羽形状主要由入口蒸汽压力和过冷水温度决定,给出了汽羽凝结形态分布图.同时,给出了汽羽的轴向和径向温度分布规律,在靠近喷嘴附近,温度变化幅度比较大,在远离喷嘴处,温度变化趋于平缓;汽羽的轴向温度分布与汽羽的形状密切相关.