高速振荡脉冲射流振荡腔内涡旋-碰撞壁相互作用的模拟分析与实验

本文利用离散涡旋模型模拟了振荡腔内涡旋与碰撞壁的相互作用 ,讨论了三种碰撞壁的保角变换。通过数值计算得出了锥形碰撞壁对自激振荡压力影响最大和椭圆形碰撞壁影响较低的结论 ,并进行了间接的对比实验验证。

自激振荡腔频率特性及腔室设计研究

为了进一步研究自激振荡腔在石油工业中的应用，对其固有频率特性作了较为深入的研究，探讨了固有频率与相关参数之间的关系，并用实验对理论公式进行了验证；同时给出了４１／２″单牙轮钻头和５″金刚石钻头的一种新型的腔室设计———带自振腔的单牙轮钻头和金刚石钻头；此外，还为实现腔内流体流动规律的计算机模拟做了一些基础性的研究工作。

自激振荡腔室流场的数值模拟研究

自激振荡腔室是产生自激振荡脉冲射流的重要条件 ,振荡腔室的结构参数、流体流动参数、有效反馈条件及流场特性直接影响脉冲射流的瞬时冲击力。文章在理论与实验研究的基础上 ,采用标准的K -ε模型 ,应用有限元软件ANSYS进行了腔室内三维流场的数值模拟 ,并根据结果作出了流场速度分布图及压力与各影响因素的关系图。模拟结果与室内台架实验对比表明 ,数值模拟能很好的反映流场的分布及腔室压力与各影响因素之间的关系 ,对进一步研究有指导意义。

脉冲射流曝气器最优振荡腔的试验研究

污水处理过程中,曝气性能好坏是影响污水处理效果的关键因素之一。通过自行设计加工的自激振荡脉冲射流曝气器,试验研究了振荡腔结构参数对脉冲射流曝气性能指标的影响关系。结果表明:充氧量随曝气时间的增加,先逐步增大而后趋于稳定,不同长径比振荡腔曝气器达稳定所需时间不一,存在最优值;工作参数对氧转移系数有重要影响;振荡腔长径比接近3.6的充氧量变化曲线相似;振荡腔长径比3.6时,具有最优充氧量、氧转移系数和能耗效率。

自激振荡腔空化特性的数值仿真及试验研究

针对空化效应的剧烈程度,采用亥姆霍兹自振腔喷嘴结构,通过引入3项无量纲结构参数比值,探究了一种恒空化强度下自激振荡腔空化器的结构设计方法。基于Fluent对自激振荡腔进行空化数值仿真研究,重点考察3项无量纲结构参数比值对空化的影响,最后通过试验进行验证,并与多孔孔板空化器进行对比。结果表明:自激振荡腔内明显发生剧烈空化,且在入口压力为1MPa时,结构参数配比为d2/d1=2,D/d2=5~6,D/L=2,空化效果较好。试验结果与仿真结果较为吻合,且在同一等效通流直径下,该自激振荡空化器比多孔孔板空化器的空化效果好,该研究对自激振荡空化器结构的设计与优化提供一定的借鉴。

偏频技术锁定压缩光产生中的光学参量振荡腔

为了解决机械振动、空气流动等外界因素引起的光学参量振荡腔的不稳定问题,利用偏频锁定技术稳定光学参量振荡腔.首先从理论上分析偏频锁定点的选取与压缩度的关系,得出透射峰值一半的位置为最佳锁定点.然后在实验上实现了光学参量振荡腔的锁定,并对锁定后的光学参量振荡腔进行了稳定性测量.实验结果表明,光学参量振荡腔的腔长在2h以内的锁定精度为7.27nm,最长稳定时间可达3.8h,能够满足对压缩光的探测需要.

基于CFD的煤矿降尘用微振荡腔高效雾化喷嘴参数分析

为了提高煤矿降尘喷嘴的雾化效率,通过对斜壁进行微振荡腔结构设置的方式来提高喷嘴内部湍流性能,并通过CFD仿真平台对斜壁倾角以及入口压力参数进行了优化分析。结果表明:倾角的设置对喷嘴的雾化效果有较大影响,当θ为60°、52.5°时,在谐振腔与微振荡腔的作用下,内腔室和微振荡腔内均有涡漩产生,对内部流场扰动明显,激振效果好。当θ为45°时,微振荡腔对流场无明显激振作用。对比θ为60°、52.5°时,后者角度设置合理,灌入和冲出微振荡腔的流体较多,涡漩负压区的压力差更大,湍流动能更高,对流场的扰动效果最佳。进口压力越大,涡漩处负压值越大,湍流动能越高。进口压力为7 MPa时,喷嘴的激振效果最明显,雾化效果最优。

高压射流磨振荡反应腔CFD模拟及结构优化

目的:解决工业级高压射流磨(industry-scale microfluidizer,ISM)在实际应用中存在的进料要求高、处理量小、处理效果不佳问题。方法:结合CFD-PBM模拟和乳液制备试验对4种振荡反应腔进行选优,再通过尺寸优化获得最终腔型。结果:4种反应腔相比于原反应腔都拥有更大的孔径和流量;粒径细化效果为T字撞击型>T字—二次撞击型>十字撞击型>二分管型4种反应腔的分流管区均主要存在剪切作用力,撞击管区主要存在撞击作用力,射流管区主要存在剪切作用力和空穴作用力,以上3个区域均存在强湍流。对T字撞击型反应腔进行尺寸优化,得到最终的反应腔模型,其最小管径为0.7 mm,在120 MPa下流量可达878 L/h。优化所得腔型制备的乳液粒径为249 nm,与模拟粒径结果吻合良好。结论:T字撞击型反应腔更具粒径细化优势,撞击作用力是粒径细化的主要因素。

自振射流喷嘴振荡腔内信号检测方法

为了获取喷嘴振荡腔内的压力脉动信号,提出一种新的检测方法.首先分析自振射流的特性,设计了产生自振射流的喷嘴结构;结合计算流体动力学分析喷嘴腔内动压分布,确定测压点位置;运用流体网络理论分析自振射流的频率特性,在此基础上确定用于实验的微型高响应压力传感器;考虑到腔内振荡信号的非平稳性,采用希尔伯特-黄变换（HHT）信号分析方法.实验结果表明,腔内振荡信号主要集中于40~60 Hz、110~150 Hz和200~310 Hz三个频带,且组成频率成分所对应的幅值差异明显;距离喷嘴出口较近处,自振信号振幅较大,频带窄.

基于瞬时涡量助推效应的自激振荡腔室脉动研究

射流剪切层瞬时涡量变化对大结构涡环的脉动过程有重要影响。依据涡环在自激振荡腔室内的蓄能及释能状态,分析了自激振荡脉冲涡量助推效应。利用大涡模拟数值计算方法,分析入口压力为1MPa时自激振荡瞬时涡量初生时刻扰动变化、一个脉动周期内瞬时流向涡量变化和自激振荡腔室下游出口流道流速变化。结果表明:自激振荡腔室内气流形成剪切层和初生大涡,当初始大涡被腔室碰撞壁夹角分离,剪切层产生反向扰动波,离散涡在分离区发生反馈,形成初生流向涡;当上一脉动周期大涡能量完全释放,下游出口轴向流速达到脉动最大。当剪切层中离散涡汇聚成新的大涡时,下游出口轴向流速达到脉动最低。当大涡开始不完全脱落时,下游出口轴向流速达到脉动平均;随着上游入口压力增大,流体脉冲率先增大后减小,当压力为1.2MPa,脉冲率达到最大22.53%。

利用非简并光学参量振荡腔产生连续变量三色三组分纠缠态

利用半经典理论方法计算了运转于阈值以上的非简并光学参量振荡腔输出信号场、闲置场及反射抽运场的关联特性.根据vrdn Loock等提出的连续变量多组分纠缠判据,计算结果表明,常温下这三个光场的正交振幅分量与正交位相分量之间存在三组分量子关联,得到了三色三组分纠缠态光场.数值计算了关联噪声对参量振荡腔物理参数的依赖关系,找出了产生三色三组分纠缠态产生的最佳运转条件,为连续变量多组分纠缠态光场产生系统的设计提供了直接参考.

非简并光学参量振荡腔非稳特性研究

根据三模相互作用的半经典运动方程,讨论了参量下转换过程中非简并参量振荡腔的稳定性问题.研究表明:当信号光与闲置光的失谐量不一致时,腔内光场相位出现自调制现象.求出了产生自调制效应的阈值条件.讨论了自调制周期的参量依赖关系,并提出了通过耦合模强度自脉冲观测相位自调制的物理方法.

三模共振光学参变振荡腔中热效应与热自锁定的实验研究

通过在压电陶瓷上加不同扫描速度的三角波电压 ,对光学参变振荡腔进行腔长扫描 ,发现内腔非线性晶体的热效应会严重影响共振峰值功率 ,从而可能用以建立光学参变振荡腔频率的热自锁定。

三共振参量振荡腔中高增益的获得

研究了光学参量振荡中的参量增益．对环形腔和驻波腔作了讨论．通过单块ＫＴＰ晶体，利用Ｎｄ：ＹＡＰ倍频稳频激光器产生的０５４μｍ的激光作为抽运源，并注入１０８μｍ的两个偏振光作为信号和闲置模，利用温度调谐和插入光楔的方法，在环形和驻波腔中实现了三波之间的强耦合作用．获得了高达１１０倍的参量增益，并测量了增益与抽运功率的关系．

双KTP晶体倍频过程的实验研究(二)——光学参量振荡腔内串接倍频

按第一部分指出的串接方位,将串接的双KTP晶体置于光学参量振荡腔中,并采用控温方式补偿程差,实现双模共振,使倍频效率较内腔单模起振提高近30倍,理论分析与实验结果基本符合。

基于CFD内壁微振荡腔喷嘴雾化特性数值研究

为了研究喷嘴内部结构对矿井喷雾除尘的影响,利用Fluent软件,基于网格独立性检验和SIMPLEC算法对不同结构的内壁微振荡腔喷嘴的内部流场进行数值模拟。结果表明:喷嘴内壁微振荡腔的结构对出口速度影响较大,入口压力8 MPa时两喷嘴出现速度极差;两喷嘴在流场中沿着轴线方向速度逐渐递增,最终在喉道段产生最大速度;阶梯式内壁微振荡腔喷嘴与规则的内壁微振荡腔喷嘴相比,出口速度更大;在内壁微震荡腔喷嘴中,雾化现象都在微振荡腔内部以及腔体开口处产生,并且会在微振荡腔内产生不同程度的涡流。

自激振荡脉冲超临界二氧化碳射流冲击频率变化规律

为了得到自激振荡脉冲超临界二氧化碳(SC-CO_(2))射流谐振破煤适用冲击频率,采用大涡模拟研究了自激振荡脉冲SC-CO_(2)射流的形成及发展过程,分析了射流频率在喷嘴内部和自由流场中的变化规律,研究了射流轴向位置和振荡腔长度对射流冲击频率的影响规律,并研制了射流冲击频率测试装置,通过实验验证了数值模拟结论。研究表明,自激振荡脉冲SC-CO_(2)射流在喷嘴内部和自由流场中的频率并不相同。在喷嘴内部,流体经扰动形成的频率相同,且喷嘴出口处射流频率与喷嘴内部频率保持一致。在自由流场中,由于CO_(2)的可压缩性,射流压力、速度等参数具有明显的波动。该特征使自激振荡脉冲SC-CO_(2)射流冲击频率随射流的发展沿轴向逐渐减小。通过改变振荡腔长度,可以改变自激振荡脉冲SC-CO_(2)射流喷嘴内部频率从而实现自由流场中射流冲击频率的调节。

三腔分离腔振荡器高频特性分析

本文详细研究了三腔分离腔振荡器的高频特性 ,从圆柱坐标系下的Borgnis位函数的齐次标量Helmholtz方程出发 ,引入慢波驻波概念及其场表达式 ,利用Borgnis位函数的边界条件及相邻子区公共界面上的场匹配条件 ,导出了三腔分离腔振荡器内角向均匀TM模的色散关系及场分布 。

基于内腔的调Q锁模光参量振荡器的研究

为了实现内腔型光参量振荡器(OPO)的调Q锁模脉冲输出,通过设计并匹配OPO谐振腔和基频激光腔的腔长,满足了同步泵浦条件,最终在实验上得到了信号光的调Q锁模输出;在实验中,采用氙灯泵浦Nd:YAG作为基频激光,以KTP晶体为非线性转换介质,采用电光开关作为调Q手段,测量了OPO的近红外信号光的输出波形、输出能量、光谱构成等输出特性。在泵浦能量12.8 J、调制频率20 k Hz时,得到了锁模深度为100%的信号光输出,并发现信号光锁模脉冲重复率依赖于基频激光;得到了调Q锁模信号光输出能量随泵浦能量、电光调制频率的变化关系。

定向棱镜改善内腔式光参量振荡器输出性能

影响被动调Q内腔式光参量振荡器输出性能的主要因素包括谐振腔的失谐、被动调Q晶体本身存在的不稳定性及腔内泵浦光束的光强分布等。采用定向棱镜作为泵浦源谐振腔的全反射镜,实现了对谐振腔的加固设计、腔内增益的匀化及光束质量的改善。通过实验获得了输出能量11mJ,能量稳定性8%,电光效率2.6‰,脉宽6.9ns,发散角7 mrad的人眼安全激光。