超空化条件下液体射流热稳定性研究

基于线性稳定性理论,建立了描述超空化条件下液体射流热稳定性的数学模型,并对数学模型及其求解方法进行了验证;在此基础上,对超空化条件下液体射流与周围气体间的温差对射流稳定性的影响进行了研究。研究结果表明,液体射流与周围气体间存在温差时,射流稳定性变差,扰动波波数范围拓宽,且拓宽的程度随温差的增加有明显加大的趋势;温度扰动对射流稳定性的影响与扰动模式关系不大;温度扰动会在一定程度上削弱超空化对射流稳定性的作用,并有可能完全抑制超空化对扰动波最大波数的作用,只有当超空化达到一定程度后,才能克服温度扰动的抑制作用,使扰动波最大波数变大。     

射流对绕水翼云空化流动抑制机理研究

为理解绕水翼云空化流动的发展机理和探究水翼吸力面开孔射流的影响,采用密度修正的RNG k-ε湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型对原始NACA66(mod)水翼和采用射流后的水翼的云空化非定常过程进行模拟和对比分析;采用在水翼吸力面近壁区设立监测线的方法对近壁区的流场进行监测,得到近壁区汽相体积分数、回射流速度、压力及压力梯度的时空分布云图;开展了云空化流场特性的涡动力学分析,进而分析水翼云空化的发生机理和射流抑制空化的抑制机理.结果表明:游离型空泡在下游溃灭时产生强烈的局部高压,其向上游传播导致前缘空穴的一次回缩,而空穴的二次回缩受回射流的影响.回射流的发展区域受限于较高的压力梯度,高的压力梯度一直存在,但回射流在一个周期内的首次出现需要时间的积累.在水翼吸力面射流使得射流孔附近压力升高,弥补了由于空化和绕流造成的压降,压力梯度增大,抗逆压能力增强,对回射流起到阻挡作用;另一方面,射流使得回射流区域面积和回射流的强度也有所减小,从而对云空化的发展起到抑制的效果.Q准则的涡结构云图相比于汽相体积分数云图能显示复杂的流动结构,前缘附着型空穴和尾缘游离型空穴内存在旋涡,回射流对空穴存在剪切作用造成空穴脱落.而射流对空穴和回射流的剪切和阻挡使云空化发展得到抑制.     

射流对绕水翼云空化流动抑制机理研究

为理解绕水翼云空化流动的发展机理和探究水翼吸力面开孔射流的影响,采用密度修正的RNG k-ε湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型对原始NACA66(mod)水翼和采用射流后的水翼的云空化非定常过程进行模拟和对比分析;采用在水翼吸力面近壁区设立监测线的方法对近壁区的流场进行监测,得到近壁区汽相体积分数、回射流速度、压力及压力梯度的时空分布云图;开展了云空化流场特性的涡动力学分析,进而分析水翼云空化的发生机理和射流抑制空化的抑制机理.结果表明:游离型空泡在下游溃灭时产生强烈的局部高压,其向上游传播导致前缘空穴的一次回缩,而空穴的二次回缩受回射流的影响.回射流的发展区域受限于较高的压力梯度,高的压力梯度一直存在,但回射流在一个周期内的首次出现需要时间的积累.在水翼吸力面射流使得射流孔附近压力升高,弥补了由于空化和绕流造成的压降,压力梯度增大,抗逆压能力增强,对回射流起到阻挡作用;另一方面,射流使得回射流区域面积和回射流的强度也有所减小,从而对云空化的发展起到抑制的效果.Q准则的涡结构云图相比于汽相体积分数云图能显示复杂的流动结构,前缘附着型空穴和尾缘游离型空穴内存在旋涡,回射流对空穴...     

可压缩旋转气体中超空化射流的热稳定性

液体射流热稳定性研究是对射流稳定性问题的更深层次的探讨,可以进一步加深对液体射流分裂与雾化机理的认识,具有重要的学术意义和工程应用价值. 基于射流稳定性理论,在同时考虑射流周围气体旋转、射流和周围气体可压缩性以及射流液体中含空化气泡的条件下,建立了描述可压缩旋转气体中超空化射流热稳定性的数学模型,并对数学模型及其求解方法进行了验证分析;在此基础上,分析了液体射流表面与周围气体间温差及射流内部温度梯度同时作用下对射流稳定性的影响;并进一步探讨了超空化射流的热稳定性. 结果表明,射流表面扰动波的最大扰动增长率、最不稳定频率以及最大扰动波数皆随气液温差的增大呈近似线性增大趋势;射流内部温度梯度的存在使得气液温差对射流的失稳作用更加显著;射流内部温度梯度会抑制超空化对射流稳定性的影响,但气液温差会在一定程度上促进超空化对射流的失稳作用.      

基于正交实验法的淹没磨料射流冲蚀性能实验研究

简要介绍了磨料射流原理以及实现淹没磨料射流的方法和装置。影响淹没磨料射流冲蚀性能的因素很多。为了确定对冲蚀性能影响较显著的因素及其重要性次序,进而提出在淹没磨料射流实验研究中的计算方法,应用了正交实验法安排实验,同时利用正交分析的相关方法得出结论。为进一步研究和改进淹没磨料射流性能奠定了基础。     

主动射流控制水翼空化的数值模拟与分析

为了改善高速流动工况下水翼吸力面上流场的空化特性,提出了水翼表面主动射流对绕水翼周围流动加以控制的方法.基于密度分域滤波的FBDCM混合湍流模型联合Zwart-Gerber-Belamri空化模型,分析了来流空化数为0.83,来流攻角为8°,射流位置距水翼前缘为x=0.19c时,主动射流对于水翼吸力面上流动的空化特性和水动力特性影响.对回射流的强度进行了量化分析,以探究回射流与流场空化特性的关系.数值分析结果表明,在射流水翼吸力面上的时均空泡体积为原始水翼的1/15,使得流场内空化流动由云空化状态转变为较为稳定的片空化状态,显著地削弱了云空化的发展.此外,射流极大地改善了水翼的水动力性能,使得水翼的升阻比较原始水翼提高了22.9%,空泡的脱落频率减少了26.2%,空泡脱落所引起的振幅减小了9.1%.射流大幅降低了水翼吸力面上低压区面积,水翼吸力面上流体的逆向压力减小,回射流强度降低;同时,射流使水翼吸力面上的边界层减薄,增强了流动的抗逆压梯度能力,一定程度上阻挡了回射流向水翼前缘的流动,这也从机理上分析了主动射流抑制空化的原因.      

球形颗粒对固体壁面附近激光诱导空化泡射流行为影响的实验研究

依托高速摄影系统,本文探析了固体壁面和单个球形颗粒附近激光诱导空化泡溃灭过程中的射流行为.在实验过程中,主要对空化泡与颗粒间的无量纲距离以及空化泡与固体壁面间的无量纲距离进行了精确控制.基于高速相机所捕捉到空化泡完整动力学过程的图片和数据,发现无量纲数α(空化泡?颗粒无量纲距离与空化泡?固体壁面无量纲距离间的比值,表征...     

围压下泥岩断裂韧性测试与解释方法

根据围压条件下的断裂力学理论 ,采用双翼裂纹厚壁圆筒 ,对泥岩进行了不同围压和不同泥质含量条件下的人工岩样断裂韧性测试。建立了有限元方法解释断裂韧性的数值模型。在进行大量实验测试的基础上 ,通过回归分析表明 ,断裂韧性与围压、泥质含量有较好的线性统计关系。解决了水力压裂设计中断裂韧性参数的准确获取问题 ,有利于提高压裂设计、预测的精度     

云状空化非定常脱落机理的数值与实验研究

结合数值计算和实验技术研究了云状空化的非定常脱落机理. 实验采用高速录像技术观察了绕Clark-y型水翼云状空化形态随时间的变化. 数值计算采用了汽-液两相的当地均相流模型,湍流封闭采用了一种修正的RNG k-\varepsilon方程,利用商业软件的二次开发技术,引入了一种与空化区域水汽相密度相关的系数,对湍流模型进行了修正. 计算和实验结果均表明:云状空化尾部存在着准周期性的涡状空化团的脱落;局部压强的增加是引起空穴断裂进而脱落的直接原因;压强升高是由于近壁处的反向射流引起的;空穴尾部的大规模的旋涡运动引起的近壁处的逆压梯度是引起反向射流的主要原因.      

水泥砂浆在主动围压下的动态力学性能

水泥砂浆等脆性材料的力学性能与所受围压的大小密切相关。为了研究水泥砂浆在围压下的动态力学性能,研制了适于分立式Hopkinson压杆加载的主动围压装置,最大预加载主动围压大于30 MPa。实验得到了水泥砂浆在不同围压、不同应变率下的轴向应力应变曲线,发现材料在围压作用下抗压强度和韧性大大提高并且整体进入了伪塑性,而材料的应变率效应也是显著的。     

轴对称直喷管的射流噪声特性实验研究

为了研究喷管射流噪声特性问题,应用丹麦B.K.公司3560C型多用途分析系统,对抽对称直喷管在不同压比下产生的亚音速和跨音速射流噪声进行了测量.并对外流场轴向和截面流动特性进行了测量和分析,确定了测量噪声探头放置位置,比较了离模型截面不同位置处的噪声.给出频率在5000HZ内噪声变化的规律,发现在低频时随着静压比的增加...     

流体喷射条件下金属材料冲刷腐蚀的研究进展

综述了流体喷射条件下冲刷腐蚀试验装置、冲刷腐蚀机理的研究进展,总结和分析了流速、固相颗粒、攻角等因素对冲刷腐蚀的影响,最后指出了流体喷射下金属材料冲刷腐蚀研究中存在的问题,并展望了流体喷射条件下金属材料冲刷腐蚀的研究方向.     

不定原点喷嘴射流中流体物理的实验研究

为了能够更好地了解不定源喷嘴（indeterminate origin nozzle）射流中的物理过程，本文应用平面激光诱导荧光技术对一个大尺度的水射流进行了实验研究。流场显示的实验结果表明不定源喷嘴在射流的剪切层引入了蘑菇形反向旋转的涡对。这些涡的矢量方向与射流方向相同或相反，被称为流向涡（streamwise vortex）。由于射流中存在开尔文一亥姆霍兹不稳定，每当一个横向涡（spanwisevortex，即涡的矢量方向与射流方向垂直）从喷嘴脱流时会产生瞬时的低压，该瞬时低压促使向内发展的流向涡对在喷嘴的凹槽处生成。这些涡对在向下游流动的过程中会重组并在喷嘴的尖峰面生成向外发展的涡对。这些流向涡极大地影响了射流的发展。流向涡与横向涡的相互作用促使射流更早地发展成为湍流。由于流向涡同时也在射流中引入了径向的剪切流动，因此导致了更多的湍流生成从而增强了射流与周围流体的混合。     

不定原点喷嘴射流中流体物理的实验研究(英文)

为了能够更好地了解不定源喷嘴(indeterminate origin nozzle)射流中的物理过程,本文应用平面激光诱导荧光技术对一个大尺度的水射流进行了实验研究。流场显示的实验结果表明不定源喷嘴在射流的剪切层引入了蘑菇形反向旋转的涡对。这些涡的矢量方向与射流方向相同或相反,被称为流向涡(streamwise vortex)。由于射流中存在开尔文-亥姆霍兹不稳定,每当一个横向涡(spanwise vortex,即涡的矢量方向与射流方向垂直)从喷嘴脱流时会产生瞬时的低压,该瞬时低压促使向内发展的流向涡对在喷嘴的凹槽处生成。这些涡对在向下游流动的过程中会重组并在喷嘴的尖峰面生成向外发展的涡对。这些流向涡极大地影响了射流的发展。流向涡与横向涡的相互作用促使射流更早地发展成为湍流。由于流向涡同时也在射流中引入了径向的剪切流动,因此导致了更多的湍流生成从而增强了射流与周围流体的混合。     

旋流喷嘴中空旋转射流近区域流动的研究

从理论上分析了旋流喷嘴喷出的中空射流近区域的液膜的运动,在只考虑液膜表面张力的作用下,应用质量守恒和动量定理,建立了描述液膜运动的非线性常微分（积分）方程组,该方程组可以用数值方法方便地求解,结果表明,液体离开旋流喷嘴后在自由空间形成的液膜呈葫芦形状,其速度和液膜厚度等都周期性地变化。本结果是在液厝受拓动失称碎成液滴前的最基本运动状态,可以在射流的近区域内实验观察到,也是进一步从理论液膜破碎雾化过     

平面液体层碎裂过程实验研究

小宽厚比喷嘴喷射出的平面水膜进入静止空气中,在不同气流流速环境下对水膜碎裂过程进行了实验研究。结果表明,静止空气中的水膜表面波呈现对称波形,射流的碎裂长度随雷诺数的增大而增大,喷射压力对射流碎裂长度没有直接影响。空气助力作用使平面射流表面波的上、下气液交界面出现相位差。水膜的碎裂长度随空气助力气流速度的增大而减小;空气助力对于低雷诺数水膜射流具有很强的促进碎裂作用,所以会极大地改善低雷诺数射流的一次雾化效果。随着水流雷诺数的提高,空气助力作用对水膜碎裂长度的影响大为减弱;即使在高速助力空气的作用下,水膜仍长期保持较稳定的射流流态,没有出现明显的水膜撕裂现象。说明在小宽厚比喷嘴的瑞利(Rayleigh)模式射流中,高雷诺数射流是水膜的稳定因素。与气液流速比、气流马赫数等无量纲参数相比,液体喷射的雷诺数是射流碎裂的主要影响因素。     

Experimental Investigation of Nozzle Exit Reflector Effect on Supersonic Jet

The present study describes an experimental work to investigate the effect of a nozzle exit reflector on a supersonic jet that is discharged from a convergent–divergent nozzle with a design Mach number of 2.0. An annular reflector is installed at the nozzle exit and its diameter is varied. A high-quality spark schlieren optical system is used to visualize detailed jet structures with and without the reflector. Impact pressure measurement using a pitot probe is also carried out to quantify the reflector’s effect on the supersonic jet which is in the range from an over-expanded to a moderately under-expanded state. The results obtained show that for over-expanded jets, the reflector substantially increases the jet spreading rate and reduces the supersonic length of the jet, compared with moderately under-expanded jets. The reflector’s effect appears more significant in imperfectly expanded jets that have strong shock cell structures, but is negligible in correctly expanded jet.     

An Experimental Study of the Near-Field Mixing Characteristics of a Swirling Jet

The present experimental investigation is devoted to the mixing characteristics of a passive scalar in the near-field region of a moderately swirling jet issuing from a fully developed axially rotating pipe flow. Instantaneous streamwise and azimuthal velocity components as well as the temperature were simultaneously accessed by means of a combined X-wire and cold-wire probe. The results indicate a modification of the turbulence structures to that effect that the swirling jet spreads, mixes and evolves faster compared to its non-swirling counterpart. The high correlation between streamwise velocity and temperature fluctuations as well as the streamwise passive scalar flux are even more enhanced due to the addition of swirl, which in turn shortens the distance and hence time needed to mix the jet with the ambient air.     

高应力高水压下砂岩三轴蠕变特性试验研究

对砂岩进行高围压高水压条件下的三轴压缩蠕变试验。试验表明,在整个加载过程中,孔隙水压力主要起到增强轴向变形和横向变形的作用;但在加载的初始阶段,孔隙水压力在一定程度上抑制了轴向变形。当应力水平高于屈服应力时,横向蠕变速率明显大于轴向蠕变速率,且横向蠕变率先进入加速蠕变阶段。本文提出一个新的非线性黏性元件,并引入一个能判断是否进入加速蠕变阶段的计时器元件,组建一个非线性黏塑性加速蠕变启动模型,将该黏塑性模型与Burgers模型串联,构建一个新的非线性黏弹塑性蠕变模型,推导了该模型在常规三轴应力状态下的本构方程。基于试验结果,通过对非线性优化算法(BFGS)的Matlab编程,实现对本文提出蠕变模型的参数识别,识别效果比较理想。对比试验曲线与拟合曲线,二者相当吻合,验证了新提出的非线性黏弹塑性蠕变模型的正确性。     

小口径轴对称收缩喷嘴射流冲击大平板噪声特性的实验研究

为研究小口径喷嘴冲击射流的噪声特性，测定了3mm口径的轴对称收缩喷嘴在各种压比情况下产生的亚音速和超音速射流冲击坚固大平板产生的噪声。发现噪声在空间呈近似四瓣分布，当喷嘴与平板距离减小时，噪声指向壁射流下游的瓣到增强，反之，噪声指向喷嘴上游的瓣得到增强。噪声随喷嘴距平板距离的增加呈增强的趋势，在距平板一定距离内有锯齿现象。噪声随喷嘴压比的增加而增强，相应于各种工况，存在一不同的压比值，此压比之前，噪声随压比的增大而迅速提高，但有起伏现象，在此压比之后，噪声平缓地随压比的增大而增强。