风琴管喷嘴空化水射流流场的大涡模拟

针对空化水射流流场空化云演化采用RANS方法模拟不准确的问题,采用大涡模拟(Large-eddy simulation,LES)对风琴管空化喷嘴流场进行数值模拟。基于Mixture多相流模型和Zwart-Gerber-Belamri(ZGB)空化模型,分别采用SM模型(Smagorinsky-Lilly model,SM)、壁面适应的局部涡黏模型(Wall-adapted local eddy-viscous,WALE)和代数壁面模型(Wall-modeled large eddy simulation,WMLES)3种不同的亚格子模型,对风琴管喷嘴空化水射流流场进行数值模拟,分析空化水射流特性、空化云演化规律及脱落频率。结果表明:WALE模型可以较为准确模拟空化云演化周期,与高速摄像拍摄结果吻合较好;在喷嘴内圆柱段以及扩散段壁面附近产生涡环,加快了空化泡析出,WALE模型较好的模拟了涡环结构;涡量分析表明涡流在喷嘴出口附近出现,射流的末端空化泡破碎产生扰动,大尺度涡演化为小尺度涡,WALE模型模拟出涡的破碎范围较SM模型更大,WMLES模型未捕捉到小尺度涡。

机场除胶用空化水射流喷嘴设计与仿真研究

为提高机场除胶效率以及安全性能,基于空化理论,对除胶喷嘴进行设计改进。设计一种中心体剪切型复合空化喷嘴,并应用CFD软件对其在非淹没流场条件下进行分析及构型优化,并将优化后的喷嘴与锥形喷嘴、中心体喷嘴和角形喷嘴等几种典型空化喷嘴进行对比。研究结果表明,中心体剪切型复合空化喷嘴的空化效果及对冲击表面的冲蚀性能较原有的几种喷嘴有较大提升,其最佳结构尺寸为扩张角30°、嵌入深度3mm、出口段长度8mm、中心体直径3mm、最佳靶距15-25mm。

空化水射流-双氧水处理苯酚废水的机理分析

用双氧水联合空化水射流氧化法,以苯酚模拟废水为研究对象,考察多种因素对苯酚去除率的影响,并通过高效液相色谱分析反应中间产物,揭示其降解机理。实验结果表明,当苯酚初始质量浓度为100 mg/L,溶液pH值为3.0,双氧水质量浓度为300 mg/L,泵压及围压分别是200、.5 MPa时,苯酚的去除率达到了99.85%。高效液相色谱分析表明,苯酚降解的中间产物主要是对苯二酚、邻苯二酚、苯醌及其他有机小分子物质,最终产物为顺丁烯二酸、乙酸。

空化水射流的化学效应

在综述超声空化的有关研究成果的基础上,分析空化水射流中的微空泡溃灭时瞬时局部高温、高压产生的特殊的物理环境引发的复杂的化学效应:直接热分解、自由基的氧化和超临界水氧化;划分了空泡溃灭时化学反应区域;分析了空化水射流化学效应的影响因素。

高压空化水射流破碎岩石的试验分析

在不同泵压和淹没压力条件下,针对不同类型的空化喷嘴对高压空化水射流破碎岩石效果进行了一系列实验研究,其主要目的是探讨高压空化水射流的冲蚀能力与水力参数的相互关系,提高破岩效率。结果表明:射流的驱动泵压与冲蚀深度成正比;围压增加将使冲蚀深度降低;水射流存在一个最佳靶距;冲蚀时间具有区域性,冲蚀深度最终将趋于稳定,增加不明显;收敛型喷嘴的冲蚀深度远小于缩放型喷嘴的冲蚀深度.

空化水射流声震效应促进瓦斯解吸实验的规律及机理研究

针对我国大部分煤层瓦斯高吸附、压力高、渗透率低、难于抽采,易造成瓦斯灾害事故等难题,提出了利用空化水射流声震效应促进煤层瓦斯解吸的新思路。研究了空化水射流液-气相变规律及声震效应促进瓦斯解吸的机理,通过改变泵压围压获得不同空化数条件下,空化水射流空化声震规律:气穴溃灭时声震效应振动的频段很宽,集中在2 000～10 000 Hz,振动在5 400～6 800 Hz出现了一段振动频率的峰值,说明在此范围内溃灭的气泡更加集中;通过改变不同空化数,获得空化水射流声震效应对煤层瓦斯解吸具有促进作用,与未加空化效应的煤样解吸相比,当施加空化数为0.020 0(泵压15 MPa,围压0.3 MPa)的空化声震时,煤样解吸时间缩短19.6%,解吸量增加36.9%。

高压空化水射流破岩主要影响因素的研究

为了探讨高压空化水射流的空蚀能力与水力参数、岩石性质的相互关系及各参数影响破岩效果的内在机理,通过在不同泵压和围压条件下,针对不同孔隙率的岩石对高压空化水射流破碎岩石效果进行了一系列实验研究。结果表明:空蚀效果(空蚀质量、空蚀深度)随泵压增加成二次函数关系增加,随围压增加成二次函数关系减少;空泡云长度随泵压的增加而增大,随围压的增大而减小,并能较好的拟合成三次曲线函数关系,空泡云长度直接决定有效靶距,从而影响空蚀效果;本实验条件下,泵压在7 MPa时发生空化现象,并能破碎单轴抗压强度为96MPa的砂岩;岩石的孔隙率对空化水射流的破岩能力影响较大,孔隙率越高的岩石越容易被空化水射流破碎。

空化水射流热效应影响煤体渗透率试验研究

对空化水射流空泡溃灭瞬间和空化噪声声场作用产生的热效应进行了分析,得到了热效应作用下的煤体渗透率表达式,并开展了不同空化条件(泵压、空化腔围压)下的煤体温度和瓦斯渗流试验。结果表明:空化腔围压一定时,温度随泵压的增大而升高;而泵压一定时,温度随空化腔围压的增大而减小。当热应力大于平均有效应力时,煤体热膨胀出现微变形,产生的张应力使裂隙变宽、数量增多;热效应使得游离瓦斯内能增加,分子自由程大大缩短,同时吸附瓦斯解吸使得煤基质发生收缩效应,导致微孔隙及微裂隙结构产生膨胀变形,从而影响煤体渗透率。试验得到渗透率随温度升高呈指数规律增大,与理论得到的渗透率表达式描述的规律相符。

空化水射流声震效应强化煤层瓦斯解吸渗流的实验

针对含瓦斯煤层微裂隙、低透气性、高吸附的赋存状态以及煤层瓦斯难抽采的问题,提出了利用空化水射流声震效应强化瓦斯解吸渗流的方法。本文研究了空化水射流声震效应促进煤层瓦斯解吸渗流的机理,对空化声震效应作用下煤样的解吸渗流特性进行了对比实验研究。实验表明:在空化数为0.020 0的条件下,空化声震效应作用下的煤样瓦斯解吸量增加36.9%,解吸时间缩短19.6%,空化声震效应作用效应下瓦斯的渗流速度明显增大,可达0.383 3mL/s,提高率为35.3%。

空化水射流对黄铜表面强化性能的影响

选用黄铜作为研究对象,通过淹没射流的方法进行表面强化。研究了水空化射流压力、射流时间对黄铜表面光洁度、表面硬度和硬化层厚度的影响。结果表明:水空化射流对黄铜表面有明显强化效果,射流压力和喷射时间对其空化喷丸能力以及表面硬度和硬化层厚度有重要影响;与传统喷丸相比,水空化射流冲击后表面粗糙度低、表面硬度高,是一种有发展前景的表面强化方法。

空化水射流破碎岩石的机理研究

在不同泵压和淹没压力条件下,针对不同类型的空化喷嘴,对空化水射流的空泡云特性和破碎岩石机理进行了一系列实验研究,探讨了空化水射流的空泡云与冲蚀能力之间的相互关系。优化空化喷嘴结构和工作条件以减小泵压,从而降低输入能量。空泡云的可视化研究显示缩放形喷嘴产生的空化云的长度和宽度比收敛形喷嘴的大。研究表明,空化水射流切割破碎岩石主要是由空泡的溃灭引起的,空泡云的长度等于靶距与切割深度之和;在切割破碎岩石时冲蚀效果只在开始几秒内发生,冲蚀深度并不随时间而增大。

空化水射流的形成方法及其应用研究

空化水射流是一项可应用于国民经济众多工业领域的新技术。文章主要综述了空化水射流形成方法的研究现状以及空化水射流的应用状况,它为拓展空化水射流的形成方法和扩展空化水射流的应用范围提供了可借鉴的研究思路。

空化水射流-双氧水联合降解苯酚反应动力学

空化水射流-双氧水协同降解酚类污染物在废水处理领域有很广泛的应用前景,但动力学方面的研究较少。为此,研究了空化水射流-双氧水联合降解苯酚的反应动力学。结果表明:当苯酚初始质量浓度为100 mg/L、溶液p H值为3.0、双氧水质量浓度为300 mg/L时,苯酚在空化水射流、双氧水和空化水射流-双氧水3种方法处理下,去除率分别为17%、21%、99.8%,且3种反应均符合表观一级反应动力学,表观反应速率常数分别为2.05×10-5s-1、2.48×10-5s-1、174.1×10-5s-1,空化水射流与双氧水的协同效应使表观速率常数提高了38.4倍,表明空化水射流和双氧水联合处理工艺具有良好的协同效应;建立并求解了空化水射流-双氧水协同降解苯酚的动力学模型,得出了苯酚降解的反应动力学方程,经验证相关系数在0.98以上。

空化水射流倒空弹药装药的试验研究及数值模拟

为解决报废弹药倒空问题,开展了空化水射流倒空弹药装药的试验和数值模拟研究;探讨了空化水射流对装药的作用机理和倒药主装置关键技术,在空化水射流倒药装置上对钝黑铝装药(A-IX-II)进行倒空试验,建立了单喷嘴空化水射流倒药简化物理模型,模拟得到空化水射流流场分布和装药力学响应情况。结果表明,宏观水射流和空化泡微观水射流共同促进弹药倒空过程;空化水射流技术能够在15~30min内干净倒空76~155mm口径的钝黑铝装药,倒出装药粒径平均大小为1~2cm,最大粒径不超过4cm,试验稳定性好;空化水射流速度和压力分布遵循伯努利定律,最大速度可达数百米每秒,发生在空化喷嘴收缩段;空化泡在装药表面受力失衡发生空化作用可有效侵蚀破碎装药;装药侵蚀破碎主要发生在射流与装药接触区域,多喷嘴喷头倒药会在装药表面形成多个同心环形蚀坑带。

空化水射流结合Fenton处理硝基苯废水的实验

硝基苯类化合物具有弱致突变性,且化学性能稳定,常规的废水处理方法很难使其净化。采用空化水射流结合Fenton处理硝基苯废水,研究了多种因素对硝基苯去除率的影响,通过对比分析得出,当硝基苯初始质量浓度为50mg/L,处理条件为Fe2+质量浓度40mg/L,H2O2质量浓度150mg/L,围压0.5MPa,pH值5.0,泵压10MPa时,硝基苯去除率达到95.06%;同时,通过高效液相色谱揭示了其降解机理:空化水射流促使Fenton释放出更多的HO·并加剧Fe2+的催化能力,将硝基苯直接降解或氧化,分解成链烃、有机酸等小分子有机物,并分析得出硝基苯降解中间产物为苯醌,4硝基酚,2硝基酚,对苯二酚等。

淹没空化水射流倒空钝黑铝炸药实验研究

为了探索淹没空化水射流倒空弹药装药的作用过程和安全性,以钝黑铝炸药为实验对象,开展了淹没空化水射流倒空弹药装药实验研究。采用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,获得钝黑铝应力应变力学性能;搭建空化水射流倒空实验装置,考察空化水射流对钝黑铝的冲击破碎效果和作用机理;采用扫描电子显微镜(SEM)表征破碎颗粒形貌,获得空化水射流对钝黑铝细观破碎模式;搭建热电偶测温装置测量空化水射流冲击过程中钝黑铝内部温度变化,并结合钝黑铝差示扫描量热(DSC)测试结果,探讨实验过程的安全性。结果表明,钝黑铝应力应变曲线包括脆弹性阶段、非线性弹塑性阶段和应变软化阶段3个阶段,并且动态加载下的损伤具有应变率效应;空化水射流能够在15min内干净倒空钝黑铝炸药,收集得到的破碎颗粒最大粒径不超过3cm;钝黑铝的破坏主要是由空泡溃灭时产生微射流和冲击波的强大冲击作用所致,其细观破碎模式主要是晶体与黏结剂和铝粉之间的沿晶分离,并伴随少量的穿晶现象,没有发现晶粒破碎的现象;空化水射流倒空钝黑铝炸药是安全的,最高温度约达50℃,小于规定的热起爆温度(160℃),不易引发钝黑铝爆炸。

空化水射流理论和应用研究

分析了空化水射流的三种主要形式:普通空化水射流、自振空化水射流、自激脉冲空化水射流。综述了空化水射流空化初生的判据和应用状况,为进一步扩展空化水射流的应用范围提供了可借鉴的思路。

空化水射流的研究进展

空化现象是一种蕴藏着巨大能量的物理与化学现象,它能够影响到生活的方方面面,尤其对水利机械和水利工程的影响最为显著。随着科技的进步,人们越来越意识到空化现象所具有的巨大开发潜力,因而由原先的预防转而利用空化,尤以空化水射流的应用最为广泛。从空化水射流的研究背景着手,阐述了空化水射流在油气开采、生化环保工程、清洗除锈和材料表面改性强化等方面的应用研究进展,也提出了后续的发展方向。

空化水射流处理垃圾渗滤液实验研究

以重庆某垃圾填埋场的渗滤液为研究对象,采用空化水射流空化降解垃圾渗滤液中复杂有机物,通过实验研究了泵压、围压、pH值和空化时间对空化处理垃圾渗滤液的影响规律,得出了空化水射流能降解有机物,从而显著提高渗滤液的可生化性的结论,同时确定了最佳空化条件是围压0.6 MPa,pH值9.0,空化处理时间90 min,泵压10 MPa。在最佳条件下空化处理垃圾渗滤液,COD和BOD5分别上升了124.8%和293.3%,BOD5/COD也提高了52.44%,色度降低,SS提高了191.5%,为后续处理创造有利条件。

淹没空化水射流水下模拟实验装置的理论分析

在对影响淹没空化水射流性能因素的分析基础上，提出了实验室模拟水下切割的构想；计算分析了在高水深背景下的水下切割过程中，淹没水域环境的压力及温度变化，为模拟水下切割提供了实验依据．