自激振荡射流改善松软煤层渗透率的机理

针对低透气性松软煤层渗透率难以提高,瓦斯抽采极为困难这一矿井瓦斯开发利用急需解决的关键问题,采用理论分析和实验的方法,开展了振荡射流在低透气性松软煤层中的动力效应研究,揭示了利用自激振荡流动力效应增加煤层裂隙率和渗透率,从而提高瓦斯抽采率的机理,现场实验结果表明,自激振荡射流可以有效地提高松软煤层的透气性。

低NO_x自激振荡射流燃烧器

流体射入特定结构的突扩腔体会发生整体低频振荡，这类射流称为自激振荡射流。射流振荡对近场和远场的湍流混合过程都具有重要影响。自激振荡射流能增强宏观上的大尺度搅动，但同时却减弱了微观上的小尺度混合。以此为基础开发的自激振荡射流燃烧器能在不增加火焰长度的情况下增加火焰体积，显著提高火焰辐射换热，降低火焰温度，降低热力型氮氧化物（NOx）的生成。在工业水泥回转窑及其他窑炉的应用中，长期的实践证明，该燃烧器与以往的多喷嘴燃烧器相比，降低40％-60％的NOx排放，并降低了5％-10％的单位产量燃料消耗。该文综述了射流振荡对湍流混合及火焰特性的影响，亦对这种燃烧器的局限性做了分析讨论，最后给出利用白激振荡射流现象进一步发展工业燃烧器的建议。

自激振荡射流的实验研究及振荡腔内流动数学模型的探讨

从钻井泵经过钻柱内部输送到钻头喷嘴的流体是一种瞬态流动，存在着压力行波，使从普通喷嘴射出的流体有一定程度的脉动。当这种流体经过自激振荡射流喷嘴轴对称空腔后，初始振荡的频率与腔内扰动波的频率相接近时，整个流体的振荡被迭加、放大，最后在腔室出口处产生被调制了的振荡射流。文章按波动理论原理，建立自激振荡射流腔室内流体压力和速度的数学模型，并采用接近钻头实际喷嘴直径和增大喷嘴盒尺寸，进行扩大振荡腔室的射流实验研究。

涡腔式自激振荡射流喷洒装置

介绍了涡腔式自激振荡射流喷洒装置的工作原理和应用范围。该装置利用环形涡腔对射流进行控制 ,利用涡腔的左、右腔的压力差产生自激振荡。根据主射流的动量平衡关系 ,通过空气孔流入涡腔的空气量和流出的空气量计算了交替切换所需的临界压力差 ,达到临界压力差所需的时间和振荡频率。这种新型喷洒装置能使射流呈扇面且分布均匀 ,可以用于道路的喷洒降尘 ,公路和铁路铁鬼积雪以及屋顶积雪的清除等。

环形水气自激振荡射流卷吸特性模拟及优化

针对中心喷射式射流真空泵传能效率较低,吸气残压过大的问题,结合环形射流和自激振荡射流的优点,提出环形水气自激振荡脉冲射流的概念,提高射流对被引射气体的卷吸能力。以环形射流理论为基础,建立了质量和动量守恒方程。采用Realizable k-ε紊流模型,欧拉多相流模型对环形水气自激振荡脉冲射流流场进行了数值模拟。以提高卷吸效果为优化目标,对影响卷吸效果结构参数进行了数值计算和分析,完成相关参数正交仿真验证,并获得一组较优的结构参数组合。使用较优参数组合建立环形水气自激振荡射流的模型,并对下喷嘴处的流体平均速度进行了非定常模拟计算。结果表明,与普通环形水气射流相比,环形自激振荡射流对气体的卷吸作用能力,且环形水气自激振荡射流的结构参数对吸气量有显著的影响。这为环形水气自激振荡射流真空泵结构设计提供了理论基础。

偏转特性对自激振荡射流的影响

分析了自激振荡射流的偏转特性 ,研究了偏转特性对射流振荡脉冲压力、射流切割性能等方面的影响。实验研究表明 ,自激振荡射流的偏转角可达 9.53°,偏转特性使其振荡脉冲幅值增大 ,频率降低。偏转特性也有效地降低了“水垫效应”的影响 ,提高自激振荡射流的切割性能。

自激振荡射流空化泡动力学特征及超声强化数值研究

为了解亥姆霍兹喷嘴腔内空化泡动力学特征及超声波作用下空化泡的响应演化规律,以空化动力学为基础,建立了自激振荡喷嘴腔内空化气泡动态变化的计算模型,研究了亥姆霍兹喷嘴腔长和腔径对腔内空化强度的影响及附加声场情况下空化泡的动态变化规律。研究结果表明:自激振荡射流喷嘴的腔长和腔径均会影响腔室内空化强度,腔长和腔径增大有利于提高空化强度;声–流耦合场中的空化泡膨胀收缩相比单一流场更剧烈;超声波的频率和幅值对于空化强度的影响较大,存在最佳的超声波频率,使腔内空化强度达到最大,超声频率过高会导致声波膨胀时间缩短,空化核的增长时间也会随之缩短;声场幅值与空化强度正相关。研究结果有助于提升自激振荡空化射流技术及超声增强脉冲射流技术的现场应用效果。

自激振荡脉冲SC-CO_(2)射流冲击频率调制

SC-CO_(2)射流钻完井技术能保证煤层气井稳定性、提高钻井速度和破岩效率,具有广泛的应用前景。但较高的破煤能耗和复杂的系统限制了其工程推广,自激振荡脉冲SC-CO_(2)射流冲击频率和煤岩体的固有频率相同或满足相位关系,能充分发挥谐振效应,达到更好的破煤效果。喷嘴结构是影响射流冲击频率的关键,现有的自振脉冲水射流频率调制方法并不适用于SC-CO_(2)射流。为实现对SC-CO_(2)射流冲击频率的调制,采用大涡模拟研究不同喷嘴结构对自激振荡脉冲SCCO_(2)射流冲击频率的影响规律,通过权重分析得到不同喷嘴结构参数对射流冲击频率的影响程度。采用射流冲击频率测定实验及破煤实验验证喷嘴结构对射流冲击频率的影响规律以及射流冲击频率调制方法的可靠性。结果表明:振荡腔直径、振荡腔长度、碰撞壁角度是影响射流冲击频率的关键因素,可通过调节振荡腔结构实现对射流冲击频率的大幅调制,从而达到谐振效应。调节振荡腔结构使射流冲击频率与煤的固有频率形成谐振时破煤效果显著提升,且谐振倍数越小,射流破煤效果越好,能够有效提高破煤效率。当煤的固有频率是25 Hz时,设置上游和下游喷嘴出口直径为2.5、3.0 mm,调节振荡腔直径、长度、角度分别为10 mm、3 mm、120°,射流冲击频率达到25051.83 Hz,是煤体固有频率的1002.0倍,与煤的固有频率形成谐振效应,有效提高了破煤效率。

自激振荡超声喷嘴设计及射流频率特征实验

引入流体网络理论为超声喷嘴构建了自激振荡射流模型,通过信号分析方式建立自激振荡射流频谱结构,对射流振荡诱发机制进行了模拟分析,研究了不同射流结构引起的揭示射流频率性能变化特征。研究结果表明:在流体扰动频率达到接近管网固有频率情况下,形成了显著增强的射流低频脉动。射流自激频率达到了接近喷嘴固有频率的状态,引起高频振荡的大幅提高。无扩口喷嘴产生的射流主要表现为低频脉动的振荡特征,扩口喷嘴则出现了显著的高频振荡。无扩口喷嘴形成了强度很高的低频信号,并且此频率成分并不会受到围压的作用而发生变化,幅值通常在0.1MPa附近;在扩口喷嘴条件下形成了高频振荡的射流,其频率与幅值受到围压的显著影响。在淹没状态下使用高频振荡射流可以有效提升射流打击冲蚀作用。

基于谐振效应的自激振荡脉冲超临界二氧化碳射流最优冲击靶距研究

超临界二氧化碳(SC-CO_(2))射流在钻井工程中具有广泛应用前景,并且其破煤压力阈值低、效率高,能够提高钻井效率。但因其较高的破煤门限压力和系统能耗,限制了其推广应用。自激振荡脉冲SC-CO_(2)射流的高脉冲压力和谐振效应可有效降低破煤门限压力,显著提高破煤效率。基于此,开展了自激振荡脉冲SC-CO_(2)射流脉冲频率和脉冲压力幅值对谐振破煤的综合作用研究。采用大涡模拟分析了射流流场结构,明确了流场轴向上脉冲频率和脉冲压力幅值的变化规律;通过脉冲特征测试实验研究了靶距对射流冲击频率和冲击压力的影响,并通过冲击破煤实验研究了脉冲特征对破煤的综合影响,得到了以下结论:自激振荡脉冲SC-CO_(2)射流脉冲频率和压力幅值在射流轴向处并不会保持不变,随着靶距的不断增大均呈现逐渐减小的趋势。仅考虑脉冲频率并不能将谐振效应最大化,需要综合考虑脉冲频率和压力幅值对谐振效应的影响。采用位移响应振幅表征谐振效果,能够反映频率和幅值对谐振的综合影响。靶距较小时,即0~15 mm,位移响应振幅的主要影响因素为脉冲压力幅值;靶距较大时,即15~30 mm,其主要影响因素转变为脉冲频率。减小脉冲频率并增加压力幅值能够有效提高位移响应振幅。不同喷嘴结构条件下,位移响应振幅主要影响因素的转变位置不同,同时最优靶距也并不相同。该研究中,喷嘴a的最优靶距是22 mm,此处的位移响应振幅最大,破煤效果最好,而喷嘴b的最优靶距是26 mm。

自激振荡脉冲射流喷嘴的试验研究

由作者发明和研制成功的自激振荡脉冲喷嘴所形成的脉冲射流 ,在相同条件下与常规的连续射流相比 ,射流的峰值压力 ,冲蚀体积和有效靶距均得到明显的提高 ,作者将多年来所进行的实验室实验 (振荡腔内流体压力的测定 ;非淹没射流条件下的实验分析 ;淹没条件下自激振荡脉冲射流的性能实验及其分析 ;在淹没和非淹没条件下自激振荡脉冲射流的冲蚀效果 ;碰撞壁碰撞区域的磨损对自激振荡脉冲射流的影响等 )

自激振荡脉冲射流喷嘴频率特性实验研究

基于水声学和流体动力学原理,建立了振荡腔内脉冲射流频率模型,研究结果表明,模态数、流体密度及密度变化率是影响射流频率的关键因素。采用SD150测试系统,分析了自激振荡脉冲射流动态特性中各参数对其频率的影响程度,泵压和自激振荡腔长对射流频率影响的实验结果表明,脉冲射流幅值比连续射流提高了约20%;泵压升高,射流频率增加;腔长增大,射流频率降低,且存在一个使脉冲射流压力峰值达到最大的最佳腔长。实验结果与理论分析一致。

自激振荡磨料射流的基本理论与初步试验

自激振荡磨料射流是在自激振荡脉冲射流和前混合磨料射流基础上，提出的新型射流。为此，重点讨论了自激振荡磨料射流喷嘴的结构和工作原理，分析了脉冲频率和幅值等参数对磨粒加速效果的影响。根据初步研究表明，磨粒速度受脉冲频率和幅度影响很大，磨粒速度可超过前混合磨料射流中磨粒的速度，最大钻孔速度比前混合磨料射流提高４１％ 。这一成果有望用于坚硬物料的切割和特种加工、石油钻井、大洋采矿、难采矿体的开采、坚硬岩石巷道（遂道）掘进、表面清洗等领域。

利用外加气体改进自激振荡脉冲射流的动态特性

本文分析了控制自然振荡脉冲射流的动态特性的几种方式 ,建立了振荡腔内碰撞剪切流动中的声速模型 ,着重探讨了外加空气对射流振荡频率的影响。研究表明 :振荡腔内气体含量对自激振荡脉冲射流的振荡频率有很大影响 ,气体含量少 ,振荡频率高 ,气体含量高 ,振荡频率低。实验和理论分析相一致。

自激振荡脉冲射流喷嘴的理论分析

由作者发明和研制成功的自激振荡脉冲喷嘴在相同条件下与常规的连续射流相比 ,射流的峰值压力 ,冲蚀体积和射流的有效靶距均得到明显的提高 ,文中简要地对作者发明和研制的自激振荡脉冲喷嘴的基本理论 (剪切流动的稳定性、扰动波的有效反馈条件、振荡腔内剪切层的漩涡结构及在变换平面λP 中点涡的复速度势的计算等 )

自激振荡脉冲射流破岩效率数值模拟

基于任意拉格朗日-欧拉流固耦合罚函数算法,建立自激振荡脉冲射流破碎岩石的数值计算模型。对比相同工况下的数值模拟结果与实验结果进行模型验证。根据自激振荡脉冲射流的自身运动规律对其破岩过程进行数值模拟,结合岩石岩性分析脉冲振幅和脉冲频率对破岩效率的影响。结果表明:随着脉冲振幅的增大,冲蚀深度先后经历线性快速增长和平缓增长阶段,破岩效率显著提高;岩石的岩性会影响冲蚀深度的增长速率;随着脉冲频率的增大,冲蚀深度表现出先增大后减小最后趋于稳定的变化趋势;自激振荡脉冲射流破岩存在一个最优脉冲频率,该频率下破岩效率显著提高,且不同岩石具备不同的最优脉冲频率。数值模拟方法较好地还原了自激振荡脉冲射流破岩的物理过程,为自激振荡脉冲射流在地下工程领域的应用有一定指导意义。

自激振荡脉冲射流动态特性的实验研究

通过实验研究了自激振荡脉冲射流重要参数相互之间的影响关系。实验结果表明:泵压升高,射流频率增加;腔长增大,射流频率降低;而且存在一个最佳腔长使脉冲射流压力峰值达到最大。实验结果与理论分析一致。

自激振荡磨料射流中的磨料加速机理

自激振荡磨料射流是自激振荡脉冲射流和前混合磨料射流相结合后形成的新型射流 ,本文讨论了自激振荡磨料射流喷嘴的结构和工作原理 ,分析了影响磨粒速度的各种因素 ,研究表明 。

自激振荡脉冲射流喷嘴的修正空化模型

根据自激振荡脉冲射流喷嘴中的空化发生机理,一种考虑剪切力(包括雷诺剪切力和粘性剪切力)和由湍动能产生的压力脉动对空化影响的修正空化模型被提出来提高喷嘴内流场的模拟精度。修正空化模型通过用户自定义函数UDF挂入到Fluent中定义空化压力属性。采用该修正空化模型模拟计算所得到的不同入口压力和腔径条件下的喷嘴出口压力峰值与以往的实验结果吻合得很好,验证了该修正空化模型的正确性。进一步对剪切力和由湍动能产生的压力脉动对空化的影响进行了分析,并且研究了不同入口压力条件下这两个因素对空化发生的影响的强弱程度以及空化初生的能力。

自激振荡脉冲射流强化传热实验及其性能评价

对一种新型的自激振荡脉冲射流强化传热技术进行了实验研究,得出了雷诺数和结构参数对其强化传热性能的影响,并对强化传热性能进行灯用经济评价,提出了一项新的强化传热性能评价指标———强化前后单位传热量的总费用比,该指标不仅能反映采用强化传热措施后传热能力的改善和流动阻力的增大,而且能反映出采取强化传热措施后加工制造成本的增加。