喷嘴结构对射流表面波影响的实验研究

运用高速显微摄影技术,对三种不同收缩比喷嘴射流的表面结构进行可视化实验研究。基于谱方法对射流表面波长进行测量。实验结果表明,射流自喷嘴流出到破碎前,气液界面经历稳定光滑段,转捩段和周期波纹段。光滑段无量纲波长为常数且小于0.01,随后在转捩段以斜率0.2快速增长,至周期波纹段,增长率降为转捩段的0.05。喷嘴收缩比通过改变喷嘴出口处边界层厚度影响表面波变化规律,基于边界层厚度的无量纲波长基本一致。     

毛细喷孔超高速水射流的脉动及破碎

水切割射流的动力学特性的诸多方面尚未得到认识和理解。本文对毛细喷孔产生的超高压水射流展开可视化研究,分析了常规压力及超高压条件下毛细水射流的液体破碎机制并对超高压毛细射流的脉动现象进行了讨论。常规条件下的毛细射流遵从经典的破碎模式;在超高压条件下,射流完整段呈瑞利模式,完整段以下呈雾化破碎模式,射流集束性呈现周期性变化。结果表明,传统理论不能够表达小孔径时超高速毛细水射流的破碎特性;喷孔内部流动情况如流动分离及空化成为该条件下射流破碎和脉动的重要原因。     

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。     

气泡在横流中的生长与脱离特性实验研究

为了系统研究气泡在横流中的运动学特性,利用水循环回路形成横流,采用高速数码摄像技术和图像处理方法对横流中气泡的演化过程进行描述。通过调节横流的平均流速和气体流量,获得了6种横流中的气泡形态,即单气泡、颈状泡、条带泡、泡囊、离散泡和雾状泡;解释了各类气泡形态的特征,对气泡尺寸及分布进行了统计,对气泡在横流中的发展过程进行了描述,发现气泡形态及气泡尺寸与横流速度密切相关,并受气体流量的影响,其中颈状泡和条带泡对横流流速的变化最为敏感。     

不同空化条件下凝水泵内压力脉动特征

对一台凝水泵进行压力脉动实验研究。该凝水泵的叶轮由5长5短叶片组成,叶轮上下游分别设置导流栅和径向导叶。结果表明,该泵的临界汽蚀余量小于1m。低转速条件下,泵的总体压力脉动较高转速条件下低,但同流量下,泵的空化性能较高转速时差。随着泵进口压力的降低,叶频和1/2叶频对应的压力脉动幅值呈现下降趋势,并于空化临界点附近剧增。而小流量工况下,随着空化的发展,叶频被抑制,同时1/2叶频对应的压力脉动幅值呈现不规则变化。     

非球形固体颗粒对弯管内壁的磨损机制

为研究弯管内固体颗粒在液相夹带条件下的运动特性及颗粒对弯管内壁的磨损,采用计算流体动力学与离散元耦合的方法,建立数值模型,考虑固液两相之间的作用,对弯管内的固液两相流动进行数值模拟;通过软件的应用程序编程接口嵌入自编译磨损模型;借助试验结果,验证数值模型的有效性. 结果表明,所建立的数值模拟方案可以准确地模拟颗粒在管内的运动特征并能够预测弯管内壁的磨损位置以及磨损程度. 弯管内的二次流对颗粒运动有重要影响,弯管外侧壁面中心线附近的磨损较严重,磨损的形式以小角度划擦切削为主. 弯管磨损主要与颗粒对壁面的碰撞速度、碰撞角度及碰撞频率有关. 运动中的颗粒与壁面发生多次碰撞,碰撞角度逐渐减小. 随着颗粒球形度的增大,在相同碰撞条件下引起的磨损量变小,但是会降低颗粒的随流性. 颗粒形状影响颗粒在流场中的运动速度以及颗粒与壁面的碰撞. 随着颗粒球形度增大,严重磨损区域向弯管进口方向移动,壁面平均磨损量先减小后增大;当输送颗粒的球形度为0.91时,壁面磨损量最小.      

空化流动诱导离心泵低频振动的实验研究

空化流动严重影响泵安全稳定运行,为充分认识泵内空化发展程度及其诱导的低频振动特性,设计了一台离心式模型泵作为研究对象,同时采用高速摄影及振动加速度测试手段,实现了叶轮内部空化流动的可视化及对应的泵体低频振动信号提取,分析了空化泡形态随空化发展的演化规律,对比了空化发生前后泵体低频振动频谱特性,探讨了泵体总振级水平、离散频率下振动加速度幅值随空化发展程度的变化,提出振动临界汽蚀余量可作为空化程度的另一判据,叶频时的振动加速度幅值变化亦可作为泵内空化程度的表征。     

中心体喷嘴自由水射流的波动与能量分布特性

在15 MPa射流压力条件下,对一中心体喷嘴进行自由水射流实验.用高速数码摄像技术捕捉喷嘴出口附近的瞬态流束界面波动特征;用相位多普勒粒子分析技术(PDPA)测量充分发展的射流场中的平均速度、均方根速度及液滴粒径分布.研究表明,中心体喷嘴射流流束的界面波动明显,远离喷嘴出口,流束界面波动频率降低,但波动幅值增大;射流轴...     

空化诱发的轴流泵振动特性实验研究

运用LMS多通道振动噪声测试与动力学分析系统,对轴流模型泵最优工况流量下不同空化程度时的振动加速度进行了动态多点测量和分析,获得了振动加速度的特征频率以及低频、高频振动水平随汽蚀余量的变化规律。实验结果表明:轴频、叶频以及其高次谐波是泵振动的主要激励频率;空化诱发的振动主要为高频振动;随汽蚀余量的降低,低频振动和高频振动均呈现先上升后下降的趋势;高频振动比低频振动更易被阻尼力削弱,高频振动水平上升的拐点和空化引起泵能量性能下降的临界点相一致。