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。

塑性磨料气射流仿真与试验研究

塑性磨料气射流加工(PAJM)是一种先进的减材加工技术,是采用热固性塑性磨料代替传统硬磨料而发展的新型技术,该技术可有效去除表面涂层,且不损伤基材。基材无损主要是通过控制塑性磨料对基材的冲蚀应力,使得塑性磨料的冲蚀应力小于基材纤维的极限强度或纤维与树脂的结合强度。本研究采用有限元仿真和试验相结合的方法,对颗粒速度进行理论分析、计算流体动力学仿真模拟和试验研究,研究不同气体压力下的颗粒速度,计算结果与试验数据吻合较好。结果表明,随着磨料颗粒离开喷嘴,在距离喷嘴出口6.2 dN内(dN为喷嘴内径),颗粒速度增加;相反,距离喷嘴出口6.2 dN外,颗粒速度逐渐减小。当磨料粒径由20~30目变为40~50目时,最大颗粒速度由164.365 m/s增加到228.402 m/s。随着磨料粒径的减小,颗粒速度增加,且发散角增加。相比而言,数值模型能更好的预测塑性磨料的颗粒速度和分布。该研究突出了控制颗粒粒径和支座距离对射流场颗粒速度和发散角的影响。为控制颗粒对基材的冲蚀应力,避免基材损伤提供理论参考。

基于STM32的对抗训练智能考核系统研究

基于对抗的训练需求出发进行智能信息化对抗训练硬件和软件的设计,并进行实物验证.综合分析了对抗训练的过程,设计了数据收集解析方法,利用STM32嵌入式电路端口将多种功能模块融合,根据训练考核评估要求显示力量、对抗位置、胜负结果并进行语音播报,同时裁判可远程判断违规,实现终端的人机交互.

建筑预制梁下外墙板拼缝渗水状态红外图像识别方法

为了能够精准识别出装配式建筑预制梁下外墙板拼缝渗水状态,评估建筑使用质量,提出建筑预制梁下外墙板拼缝渗水状态红外图像识别方法。应用高斯低通滤波方法和基于控制点的几何校正模型对外墙板拼缝红外图像进行降噪与校正处理;应用基于热源模糊聚类方法对处理后的红外图形进行聚类分割;根据图像分割结果构建基于BiFPN改进的YOLO v3网络模型,提取外墙板拼缝图像渗水特征、聚类分割后的外墙板拼缝渗水红外图像特征,精准识别外墙板拼缝渗水红外图像。结果表明:应用本文方法的峰值信噪比均在52.6以上,交互比最高值为0.986;红外图像预处理效果良好,识别精度较高,有效满足建筑红外检测标准要求,为评估建筑的使用质量提供可靠依据。

市场环境下含多类型物理实体的优化调度模型研究

系统运行的安全稳定和能源供应的低碳清洁已成为现今能源发展的主流方向,进一步提高系统运行的稳定性能和经济效益对能源可持续发展具有重要的意义,为此提出一种结合综合能源的需求响应(DR)策略。该策略以需求响应作为综合能源系统的重要调节调度手段,可有效地增强系统运行的稳定性、提高电力系统的经济效益。利用需求响应模型中价格和激励策略,考虑众多需求中的不确定因素,以综合能源系统的优化调度运行成本为优化目标,构建市场环境下含多类型物理实体的优化调度模型。采用一个典型案例进行研究,结果表明,该策略可有效实现削峰填谷,提高了系统运行的稳定程度,较为显著地降低了综合能源系统的经济成本。

水射流技术在有色冶化工业管束清洗中的应用与研究

冶化企业液体管道系统中存在结垢、腐蚀、沉淀等问题,清洗劳动强度大、清洗质量不易控制。采用高压水射流清洗方法,研制一套适用于各种换热设备和管道的超高压水射流管束清洗成套设备,开展超高压清洗作业远程控制,设计选配合适的清洗执行机构,优化匹配喷头喷嘴与高压泵机组参数,实现长度不大于6 m、内径为12~50 mm的换热器(含蒸发器)管束,以及内径为100~200 mm的工艺管道安全高效清洗,可以为类似冶化工业管束清洗工作提供参考。

直射喷嘴结构对超低温氮气射流温度和速度的影响

液氮冷却低温切削是实现钛合金等难加工材料的绿色、高质量加工的有效手段之一。为实现面向超低温氮气射流过程温-速控制的喷嘴结构优选,采用数值模拟结合实验研究的方法,探析锥直型喷嘴入口直径D、出口直径d、收缩角α0以及长径比l/d对出口射流场温-速分布的影响规律。研究结果表明:存在一核心结构场使得场内射流速度和温度与喷嘴出口处的一致,而核心结构场外速度衰减幅值与温升幅值随出口直径d增加而减小。在实验条件下,当d从2.0 mm增至4.0 mm时,射流速度衰减幅值自386.3 m/s降至40.1 m/s,射流温升幅值自92.7 K降至41.1 K;射流速度核心区长度sn1和射流温度核心区长度sn2与d呈线性正相关,且sn1的变化率为sn2变化率的1.4倍;相较于l/d,d对出口轴心射流速度um的影响更显著。随着d从2.0 mm增至4.0 mm,um降低了74.9%;随着长径比l/d从1增至4,um增加了3.2%,表明减小喷嘴出口直径和增大长径比有利于提高锥直型出口射速。

汽车CFRP结构件涂层去除机理研究

目的实现汽车碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)结构件表面有机涂层的高效无损去除。方法选择可回收密胺类塑料制备磨料,提出了用气射流携带并高速喷射加工的新方法。通过单因素控制试验和数值模拟相结合的方法,在0.3 MPa射流压力下用500μm的磨料对涂装聚氨酯涂层的CFRP试样进行冲蚀,借助SEM和超景深三维显微镜观察冲蚀形貌。为了阐明涂层的去除机理,建立了基于能量守恒定律的微切削和重复变形模型,分析了塑性磨料的颗粒速度和撞击工件的接触应力,定量分析了磨料在0.3 MPa射流压力下的涂层去除量。研究了磨料形状、旋转和回弹对冲蚀机理的影响。结果当冲蚀角为30°时,涂层的材料去除量最大,去除率为5.8×10^(4)g/s,表现为延性冲蚀行为。此时的冲蚀机理为微耕犁和微切削,随着冲蚀角的增大,材料去除量降低。当冲蚀角为90°时,去除率为1.2×10^(4)g/s,冲蚀机理为重复塑性变形去除。尖角磨料以集中应力冲击涂层,磨损后的磨料(可循环15次)以分布应力冲击涂层。与正向旋转相比,磨料自身的反向旋转对涂层的去除量更大,大粒径磨料的回弹导致了不完整的切削路径,而小粒径磨料的回弹使涂层产生了撕裂。结论为了实现基材不损伤,推荐使用大角度冲蚀,这样可以在保留底漆的同时实现基材不损伤。

Mε-OIDE求解约束优化问题算法及其在水库群防洪调度中的应用

约束处理技术和初始种群代表性对约束优化算法的性能具有重要影响。针对ε约束处理法求解约束优化问题时结果不稳定、经验参数难取值等问题,本文首先从当前两种不同的ε约束处理法出发,通过对其优缺点的分析,将Z-ε约束处理法对等式约束额外进行δ放松的操作补充到TS-ε处理法的整体框架中,并增设一个用户自定义参数来处理多样的约束条件,从而提出了一种改进的ε约束处理法。基于原始的差分进化算法,将其与前述改进的ε约束处理法和经典的反向学习初始化种群策略耦合,提出一种轻量化的Mε-OIDE(Modifiedε-Opposition-based-learning Initialization Differential Evolution)约束优化算法。在CEC2006基准函数集上的测试结果验证了耦合策略的有效性,表明提出的Mε-OIDE算法具有高精度和强鲁棒性。此外,在水库群防洪调度问题上的优化结果进一步证明了Mε-OIDE优化算法处理实际约束优化问题的可行性和高效性。

冲蚀角对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)蒙皮涂层去除及重涂附着力的影响

为解决飞机CFRP蒙皮涂层高效去除问题,改善重涂涂层附着力,采用塑性磨料射流加工方法对CFRP蒙皮损伤涂层去除,通过分析单颗磨料的速度和冲击力,研究不同冲蚀角度下磨料对涂层的冲蚀行为,探究塑性磨料射流冲蚀角对表面形貌、去除机制、材料去除率、接触角与表面自由能及重涂涂层的附着力方面的影响。结果表明:塑性磨料对涂层的冲蚀机理为塑性变形去除,在30°~70°冲蚀角下,磨料对涂层的冲蚀模式为滑擦、耕犁和切削。随着冲蚀角的增加,颗粒的切向分力减小,法向分力增加,法向冲蚀的冲蚀模式为剪切和挤压变形去除材料去除率递减。在所选冲蚀角范围内,当冲蚀角为30°时,聚氨酯涂层的材料去除率最大。随着冲蚀角的改变,表面粗糙度、润湿性和表面自由能发生变化,当冲蚀角为70°时,重涂后的涂层附着力较好,较初始涂层附着力提高28%左右。研究成果可为飞机CFRP蒙皮涂层的高效去除及附着力的改善提供参考。

双腔室自振脉冲喷嘴空化射流数值模拟

以风琴管喷嘴为基础,串联一个谐振腔形成双腔室自激振荡脉冲喷嘴,利用Fluent对其流场进行数值模拟,分析射流靶距、二级谐振腔腔长比、腔径比的变化对空化射流流场的影响。结果表明:谐振腔尺寸过大或过小均会影响涡环结构的形成,进而影响空化效果。当谐振腔腔长比为0.77、腔径比为2.6时,谐振腔内涡环结构对称性好,轴向含气率高,射流速度较高,该结构利于清洗效率的提高。靶面滞止压力可对空化效果产生影响。当射流靶距较小时,在滞止压力的作用下二级谐振腔无涡环结构产生,轴向含气率较低。当靶距增加到18 mm时滞止压力产生的影响减小,轴向含气率明显提高,因此清洗靶距应至少为18 mm。但靶距的增加会降低射流到达靶面的动能,因此最佳靶距应取18 mm。

大线速度下超高压水射流破岩试验研究

高压水射流的破岩效果对高压水射流辅助掘进机破岩技术至关重要。为提升隧道掘进机工况下高压水射流辅助破岩的效率,开展大线速度下超高压水射流破岩试验,分析喷嘴移动线速度、射流压力和喷嘴直径对破岩效果的影响规律,并探究加磨料和射流形式对破岩效果的影响。试验结果表明,随喷嘴移动线速度增加,高压水射流的切割深度和切割宽度均近似线性减小;随射流压力增加,切割深度近似线性增大,压力从200 MPa提高到280 MPa,切割深度增加了72%~82%;喷嘴直径从0.35 mm增大到0.60 mm,切割深度增加了60%~85%。大线速度下加磨料后射流变发散,加磨料的切割深度小于纯水的切割深度,加磨料的切割宽度大于纯水的切割宽度。砂管束流射流模式的能量利用率更高,砂管束流的切割深度比长线射流的切割深度大35%~42%,砂管束流的切割宽度比长线射流的切割宽度大78%~85%。基于Crow切割岩石理论,通过试验数据回归分析,得到大线速度下超高压水射流切割深度半理论半经验预测模型,可为高压水射流辅助掘进机破岩技术中射流切割参数优化提供参考依据。研究成果对提升隧道掘进机工况下超高压水射流辅助破岩的效率是很有意义的。

变来流下翼型动态失速的协同射流控制数值模拟

针对直升机前飞时旋翼在变来流下出现动态失速的问题,发展了基于协同射流的翼型动态失速控制方法。选取NACA0012翼型为研究对象,基于转捩SST湍流模型求解非定常雷诺平均Navier-Stokes方程,开展不同参数下协同射流控制翼型动态失速的数值模拟。研究结果表明,协同射流能够有效抑制变来流条件下的翼型动态失速。在变来流下,射流流道对翼型原始气动特性产生不利影响,功率系数的增长速度快于射流动量系数的增加,协同射流存在具有较好控制效果的最佳工作区间。协同射流通过与主流掺混来加速涡系演化,以抑制动态失速,通过增强弦向气流的动能以克服逆压梯度,从而抑制流动分离和促进流动再附着。在马赫数0.283、减缩频率0.151、前进比0.25的条件下,协同射流使翼型升力提高、阻力下降、负俯仰力矩峰降低、流动再附着提前,翼型气动特性得到明显改善。

基于CFD的高压水射流喷嘴结构设计与流场仿真

文中介绍了高压磨料水射流系统的组成部分、基本原理和主要参数,指出喷嘴是高压水射流系统的能量转换元件,喷嘴的构造直接影响高压水射流的成形情况。通过对比传统喷嘴,设计出全过渡式子弹形喷嘴。基于计算流体力学(CFD)的方法,建立有限元模型进行流场分析,结合理论推导的方法验证了有限元模型的精确性,通过对比不同过渡比下喷嘴的内外流场,得到喷嘴内外流场的速度和动压力随过渡比的变化曲线,揭示了变化机理。计算结果表明:流道形状是引起静压转化为动压效率发生改变的主要原因之一,子弹形喷嘴射流集束性好、扩散小,静压转化动压效率高,通过改变过渡比能够显著提高射流速度,对实际工况有一定指导意义。

基于模糊评价的融合权重污染度评估方法

为准确地评估助航灯具发光口污染状况,本文考虑不同污染物对清洗难度的影响,提出基于模糊评价的融合权重污染度评估方法。使用逆差距作为污染物区分标准,对图像分块以实现一帧图像中不同污染物的区分;通过模糊评价融合主观和客观权重,并据此确定污染度评估细则;通过清洗实验对本评估方法进行验证。按本文评估等级进行清洗实验,清洗率达93%,证明本文所使用方法科学有效。面积法和熵值法至少分别会造成32%和29%的资源浪费。本文方法考虑污染物种类区分及污染主客观影响,评估结果更加科学准确。

基于自激振荡脉冲效应的雾化喷嘴出口流道空化特性研究

喷嘴结构及射流运动参数对液体空化流动状态有重要影响。基于空化泡溃灭的雾化机理和自激振荡脉冲喷嘴出口流道空化过程,分析空化效应对自激振荡脉冲射流雾化效果的影响。依据自激振荡脉冲雾化喷嘴结构,分析射流来流速度和脉动压力对喷嘴出口流道空化效应的影响,提出利用来流雷诺数和脉动特征值表征喷嘴出口流道空化程度,并根据自激振荡脉冲喷嘴有限元分析得到喷嘴出口流道较好空化状态的来流雷诺数和喷嘴腔室长径比。研究结果表明：当来流雷诺数在2.14×10~5~3.05×10~5内逐渐增大时,自激振荡脉冲雾化喷嘴出口流道液相体积分数先减小后增大,相应的空化程度先增大后减小。雷诺数在2.44×10~5~2.75×10~5内可以使喷嘴出口流道形成较好空化效应,尤其在2.44×10~5附近时喷嘴出口流道出现最好的空化状态;脉动特征值与喷嘴出口流道处脉动压力幅值差成正比,随着自激振荡脉冲雾化喷嘴腔室长径比增大,脉动压力幅值差值先减小后增大。当喷嘴腔室长径比为0.60~0.70时,喷嘴出口流道空化状态较好。计算结果为自激振荡脉冲射流雾化喷嘴设计提供了理论依据。

脉冲空化多孔喷嘴破岩效果试验研究

射流喷嘴是径向水平井技术中的关键部件,其破岩能力直接影响水平井眼的延伸能力和钻进速度。在多孔喷嘴的基础上,设计脉冲空化多孔喷嘴,分析其脉冲空化射流的调制机制,并通过试验与多孔喷嘴的破岩效果进行对比。结果表明：脉冲空化多孔喷嘴破岩效果优于多孔喷嘴,孔眼深度是多孔喷嘴的1.02~2.18倍,破岩体积是多孔喷嘴的1.23~2.35倍;为保证喷嘴破岩形成的最小孔眼直径大于喷嘴外径,试验岩样的喷嘴压降不能小于30 MPa;射流喷嘴破岩存在最优喷距,试验条件下的最优喷距为12 mm;利用脉冲空化多孔喷嘴可增加径向井的水平延伸长度,提高钻进速度。

基于FLUENT的磨料水射流喷嘴内流场的可视化研究

根据液固两相流理论对磨料水射流喷嘴内的流场进行了分析,并建立了喷嘴内流速度场的可视化模型,利用FLUENT分析软件求解磨料水射流喷嘴内各节点的速度。根据速度场分布图,讨论了影响磨粒速度的主要因素。研究表明,存在一个最优磨料喷嘴长度,使得磨料速度最大。喷嘴混合腔的长度对磨料粒子的加速有显著影响,为了达到最大磨料速度,磨料混合腔长度可在水射流喷嘴直径30~40倍的区间内选取。磨料粒子最高速度会随磨料混合腔内圆锥角的增加而降低。从降低喷嘴磨损角度看,应减小混合腔内锥角。

喷嘴入口条件对微液滴生成的影响

利用数值计算的方法对微液滴的喷射过程进行研究.描述在1个完整周期内液滴的形成发展,并通过系统改变速度周期、平均速度、速度幅值、壁面接触角的对比模拟试验,对液滴喷射与液滴形成阶段的流动特性进行分析;在不同惯性比重下探究均匀、稳定液滴的形成区域.结果表明:雷诺数Re、弛豫时间CH、速度脉动幅值ZF对液滴喷射行为特征有显著影响,而且在一定条件下可以形成均匀稳定的液滴;通过减小Re,CH,ZF这3个量纲一化参数,可以获得较小的液滴喷射速度,但当Re<9时,在喷嘴出口处将无法形成液滴;疏水性壁面(润湿角θ=175°)液滴的断裂时间比亲水性壁面(润湿角θ=10°)迟.

自振脉冲气液射流振动分析

从提高射流利用率出发,在自振脉冲水射流喷嘴振荡腔上开孔自吸入空气,以形成一种自振脉冲气液射流,研究其振荡频率以及打击力的实际影响因素.基于水声学与流体动力学原理建立自振脉冲气液射流频率模型,并以悬臂梁为靶物,通过考察射流冲击悬臂梁时的振动特性获得其时域及频域特征.结果表明,自振脉冲气液射流的振荡频率随腔长增加单调递减,随含气率变化存在极小值,且在初始段发生骤变,实测值与理论值相吻合;对应自振脉冲气液射流产生最大谐振峰值的最优腔长略小于自振脉冲水射流,且前者最大谐振峰值较后者明显提高.