不同围压下自激吸气式脉冲射流装置性能试验研究

针对深水水库泥沙处理技术问题和需求的迫切性,运用自行研制的试验装置对不同围压(模拟不同水深)下的自激吸气式脉冲射流装置性能进行了试验,研究分析了工作压力、围压、靶距对脉冲射流冲击力的影响,并对装置吸气量的变化及启动吸气压力进行了初步分析.结果表明,脉冲射流冲击力随工作压力的增加而增大,随围压和靶距的增加而减小;装置吸气量随工作压力的增加而增大,增大的速度随围压的不同而不同,并逐渐趋于稳定;启动吸气压力随围压增加而增大,且表现出一定规律性.研究结果为进一步深入研究自激吸气式脉冲射流及其在水库清淤等工程应用方面提供依据.

淹没条件下不同结构参数的自激吸气式脉冲射流喷嘴压力变化试验研究

运用自行研制的试验装置对淹没条件下的自激吸气式脉冲射流喷嘴特性进行了大量的试验,研究了吸气对喷嘴内的压力变化和脉冲射流峰值打击力的影响。通过研究淹没条件下10-16-125-75和8-14-85-60结构参数喷嘴在不同吸气根数下的腔套内各测点压力及峰值打击力的变化,得出不同结构喷嘴的压力和峰值打击力随吸气量的增大而逐渐提高,存在最优吸气量使脉冲射流峰值打击力最大。通过研究淹没条件下结构参数分别为8-14-85-60、10-16-105-75、14-28-125-105的喷嘴在不吸气及吸气根数为4情况下的射流峰谷差及峰值打击力,得出三种喷嘴在吸气时的射流峰值打击力分别提高45%-78%、40%-46%、22%-38%。研究表明：对于不同结构参数喷嘴,吸气可提高射流压力波动值和峰值打击力,随上喷嘴直径和振荡腔内容积的增大,该吸气方式对射流打击力的提高程度呈减小趋势。结果对进一步研究淹没条件下自激吸气式脉冲射流喷嘴特性具有指导意义。

自激吸气式脉冲射流装置压力及流动特性研究

针对自激吸气式脉冲射流装置的脉冲效果及其产生原因,开展装置冲击试验,测量装置腔体上典型测点压力和靶心冲击力时间历程,运用高速摄像技术观测装置内部水气流动过程,分析不同结构参数和运行参数下典型测点压力与冲击力脉冲效果,研究吸气量、典型测点压力和冲击力时间历程与水气流动过程之间的关系。研究结果表明:腔长、下喷嘴直径、工作压力和围压对吸气量有明显的影响;腔长和下喷嘴直径对碰撞体测点压力和冲击力脉冲效果均有较大影响,存在着最佳结构参数使装置吸气量、冲击力时均值最大且脉冲效果最好;工作压力、围压和吸气对冲击力时均值及其脉冲效果影响较大;装置吸气后腔内形成了气水旋转涡团,气水旋转涡团与吸气量、碰撞体测点压力和冲击力时间历程存在着明显的对应关系。

淹没水流自激吸气式脉冲射流喷嘴吸气性能

针对我国多泥沙河流下游水库淤积严重的现状,对自激式脉冲射流喷嘴产生脉冲射流的条件进行了分析。不同条件的对比试验结果表明:自激式脉冲射流喷嘴吸气性能影响参数有吸气管管径、吸气管根数及吸气量;在淹没条件下,对自激式脉冲射流喷嘴进行吸气处理,可使其产生脉冲射流;不同吸气条件下,装置吸气特性不同,获得较好打击效果所需的最佳吸气性能参数范围不同。

水下自激吸气式射流装置冲击力时频特性分析

利用水下射流循环试验系统对水下自激吸气式射流装置进行了冲击试验,得到了装置吸气和不吸气条件下冲击力时域波形,运用第二代小波变换和Wigner-Ville分布相结合的方法提取了冲击力时频特性,研究了装置吸气和不吸气条件以及不同围压和靶距下冲击力频带能量分布规律。结果表明,存在最优下喷嘴直径使装置的冲击力时域特征参数最佳;装置冲击力能量主要集中在低频带,且围压、靶距和吸气对频带能量比影响较大;吸气对装置冲击力频率成分、能量密度分布和脉冲效果均有明显影响,而围压和靶距只对能量密度分布和脉冲效果影响较大;碰撞体测点压力反映了装置聚能和释能的状态且与冲击力能量密度分布存在着对应关系。

基于时频分析的自激吸气脉冲射流喷嘴结构参数对压力脉动的影响

自激吸气脉冲射流喷嘴的结构参数直接影响着喷嘴内压力脉动特性及其冲击性能。运用时频分析方法和自制的水下射流循环系统,对不同结构参数喷嘴内的压力脉动进行了研究,探讨了某一上喷嘴直径下的不同下喷嘴的直径、腔体的直径和腔长对压力脉动特性的影响,得到了优化的喷嘴结构参数配比,为自激吸气脉冲射流喷嘴结构参数优化和应用提供了支持。

自激吸气式脉冲射流装置在多泥沙深水水库的应用研究探讨

异重流排沙一般仅在调水调沙后期采用,只能将运行至坝前的部分细粒径泥沙排出;射流清淤技术在浅水中进行局部的采砂、清淤有广泛的应用,二者在深水泥沙处理上均存在一定的局限性。为此,结合异重流产生和运动的特点,提出利用自激吸气式脉冲射流装置制造人工异重流进行冲驱泥沙的新方法。研究并探讨了技术的可行性及影响因素,以及清淤河段的选择,对脉冲射流的冲沙速度等技术参数进行了论证,以求解决深水条件下大面积、长距离的大量排沙清淤的技术难题。

水下自激吸气式脉冲射流喷嘴压力特性研究

运用自行研制的试验装置对水下自激吸气式脉冲射流喷嘴的压力特性和打击力进行试验研究。结果表明,不同下喷嘴直径和工作压力下,自激脉冲射流装置吸气后,射流打击力均高于不吸气,且随工作压力的增大提高幅度也逐渐增大;下喷嘴直径18mm较下喷嘴直径16mm的脉冲效果好;吸气后腔室内的负压区域随工作压力的增大而增大,2种下喷嘴直径对应腔室内负压的变化趋势基本一致。

水下自激吸气脉冲射流喷嘴冲击射程的研究

射流冲击射程是保证水库泥沙起动悬浮的关键技术参数,利用自行研制的自激吸气脉冲射流喷嘴及其试验装置,在分析冲蚀作用基础上对不同围压（水深10～40 m）和冲击射程的自激吸气脉冲射流喷嘴冲蚀性能（冲蚀体积、冲蚀表面积和冲蚀深度）进行了研究,得到了冲击射程与冲蚀性能之间的关系.研究结果表明,不同围压下自激吸气脉冲射流喷嘴的冲蚀性能受冲击射程影响较大,存在一个获得冲蚀性能最佳的冲击射程,且冲蚀性能随着水深的增大而逐渐降低.

深水自激吸气脉冲射流喷嘴性能的试验研究

对自行研制的深水自激吸气式脉冲射流试验装置进行了试验,分析了工作参数对射流均值打击力的影响。结果表明:①射流均值打击力随着工作压力的增大而增大,且增大的速度随围压的增大而减小;②随着吸气量的增大,射流的均值打击力增大,随着围压的增大,射流均值打击力随吸气量增大而增大的速度趋于平缓;③在上喷嘴和腔体结构一定、下喷嘴直径发生变化的情况下,射流均值打击力随围压的增大而逐渐降低。

深水自激吸气式脉冲射流装置冲击特性的试验研究

运用自行研制的水下射流试验系统对自激吸气式脉冲射流装置在不同围压和靶距下的冲击特性进行了试验研究,获取了装置吸气量以及靶盘上冲击力,分析了装置射流冲击力随围压和靶距的变化规律。研究表明:下喷嘴直径对吸气量影响较大,存在一个最佳范围;随着围压的增加,同一靶距下靶盘上各圈射流冲击力均减小,不同围压下靶盘靶心和不同圈之间冲击力变化规律是不同的;对于不同的下喷嘴直径,围压越高和靶距越大,冲击力分布曲线越平缓。

不同围压下自激吸气脉冲射流喷嘴吸气性能的试验研究

深水条件冲沙时,改善自激脉冲射流喷嘴的吸气性能,可以提高射流的打击力和泥沙颗粒的悬浮高度,及延长泥沙颗粒的输移长度.因此,研究自激脉冲射流喷嘴的吸气性能有重要意义.利用自行研制的试验系统对自激吸气脉冲射流喷嘴的吸气性能进行了试验研究,运用无量纲分析法,对一定入口条件下各结构参数和运行参数配比对无量纲吸气量的影响进行分析,得出了深水条件下无量纲吸气量随自激脉冲射流喷嘴各无量纲参数的变化规律,确定了产生高效能脉冲射流相对吸气量的无量纲参数的范围,为脉冲射流喷嘴的结构设计优化提供理论依据.

自激吸气射流的冲蚀及吸气性能试验研究

通过在自激脉冲射流喷嘴振荡腔四周开孔吸入空气,使之形成自激气液射流,以试件冲蚀深度、冲蚀面积和气孔吸气量为衡量标准,研究了不同进气方式、吸气孔直径对自激吸气射流的冲蚀效果和吸气性能的影响.试验结果表明:冲蚀深度和冲蚀面积均随着吸气孔孔径的增大而增大;进气方式、吸气孔直径对冲蚀深度和面积的影响有所不同,冲蚀深度随吸气孔数量的增加而上升,而冲蚀面积受吸气孔的对称性影响较大,非对称进气下的冲蚀面积要明显高于对称进气工况;自激吸气射流具有独特的冲蚀特性,且进气方式对射流形成的冲蚀形貌有较大影响;自激吸气喷嘴的吸气流量具有周期性,且吸气能力随射流工作压力的升高而增强;喷嘴的吸气性能与进气方式、气孔直径有关,单气孔进气时,吸气性能随气孔直径的增大而增强,而多气孔进气时,4 mm孔径的吸气性能最强.

淹没条件下自激吸气式脉冲射流流场初步研究

运用计算流体动力学软件,对水下自激吸气式脉冲射流流场进行数值计算。结果表明:在模拟工况的运行参数和结构参数下,自激吸气式脉冲射流装置可以产生自吸气;不同水深条件下,装置形成的涡旋气团时间不同、气团形状不同;随着模拟水深的加大,装置内气体浓度以及射流轴心的速度、压力呈现递减趋势。

自激吸气式脉冲射流装置机理的试验和理论研究

为了揭示自激吸气式脉冲射流装置的脉冲产生机理,通过试验获取了装置典型测点压力、靶心冲击压力的时间变化过程和内部水气流动图像,分析了工作压力1.4~1.8 MPa和围压0~0.15 MPa下冲击压力的平均值、脉冲频率和脉冲效果,并结合水气两相流理论研究了装置内部的水气流动结构和水气流动过程。结果表明,围压不变和工作压力越高,冲击压力平均值越大,围压0.1 MPa时,增加幅度为51%;工作压力不变和围压越高,冲击压力平均值越小,工作压力1.8 MPa时,降低幅度为63%;不同工作压力和围压的冲击压力脉冲频率变化不大,在0.5~1.0 Hz之间,但工作压力越高或围压越低,脉冲效果越好;装置内部的碰撞体附近和射流核两侧为亚声速水气流动,下喷嘴入口为超声速水气流动;装置在内部负压区域形成了泡状水气涡团,吸气量、碰撞体测点压力和冲击压力的时间变化过程与典型时间水气涡团的旋转速度和气泡直径之间具有明显的相互影响关系。

水下自激吸气式脉冲射流装置瞬时冲击力分解

为了提取水下自激吸气式脉冲射流装置瞬时冲击力中的时变冲击力和脉动冲击力。运用离散正交小波变换和经验模态分解(EMD)对装置瞬时冲击力进行消噪和分解,确定离散正交小波变换提取时变冲击力的小波基函数和分解层数以及EMD提取时变冲击力的固有模态函数(IMF)个数,分析围压对时变冲击力脉冲幅值和脉冲周期以及脉动冲击力脉动强度的影响规律。结果表明:在不同围压下,离散正交小波变换对时变冲击力的提取效果要优于EMD,但小波基函数的选择需要考虑不同围压下瞬时冲击力的变化特点;围压对装置吸气后时变冲击力脉冲周期影响不大,但对脉冲幅值影响较大;围压和吸气对瞬时冲击力时均值和脉动冲击力脉动强度影响较大,但在不同围压下吸气对两者的影响规律有所不同。

水下自激吸气式射流装置流动特性及性能研究

运用欧拉气液两相流模型和RNG k-?湍流模型,对水下自激吸气式射流装置水气两相流动特性进行数值模拟,研究了装置吸气和不吸气条件下内部压力分布、水气两相流速分布以及水气混合过程;开展了装置射流冲击性能试验,分析了装置的冲击力和冲蚀效果的变化规律。研究结果表明:与不吸气相比,装置吸气后内部压力接近大气压;吸气后射流核长度和下喷嘴出口断面流速明显大于不吸气;水气完全混合后,在射流核两侧的漩涡区,气相浓度较高,从射流核到漩涡区气相浓度逐渐增大;装置计算吸气量、典型测点压力与试验结果吻合较好;不同围压和靶距下,装置吸气后靶心及附近位置冲击力明显高于不吸气,说明了装置产生了聚能效应;装置吸气后冲蚀深度和冲蚀体积明显大于不吸气,但冲蚀表面积略有下降。

结构参数对自激脉冲射流特性影响的统计分析

为了得到水下自激吸气脉冲射流冲击特性较优的喷嘴结构参数配比,以自行研制的自激吸气脉冲射流喷嘴为研究对象,运用数理统计的方法就水下自激吸气脉冲射流冲击脉动压力试验数据的均方差、脉动压力峰值和时均压力随上下喷嘴面积比、腔长下喷嘴比和腔径腔长比的变化进行分析,并检验了水下自激吸气脉冲射流冲击脉动压力试验数据的平稳性和正态分布.由试验结果可知,当围压小于0.4 MPa时,上下喷嘴面积比范围为1.96~4.84,最优范围1.96~4.00;当围压≤0.2 MPa时,腔长下喷嘴比范围2.8~4.4,最优值3.4,腔径腔长比范围为1.50~1.65或2.20~2.30,最优范围应为1.50~1.65.