脉冲防暴水炮非淹没气体射流的RANS和LES模拟

为提高脉冲防暴水炮刺激剂的雾化水平,必须提高射流的出口速度和改善雾化带形状,而这些因素与管内非淹没气体射流的湍流流场息息相关。为准确描述湍流分布和水柱加速过程,对脉冲防暴水炮的非淹没气体射流进行了RANS和LES模拟。结果表示LES模型较RANS的标准k-ε模型能更为精确地描述湍流分布和管内非淹没气体射流速度的各向异性。但两者对于水柱加速过程的描述基本一致,只是由于LES模型的气液参混较为充分,气液速度相差较小,而可能导致两模型气体在喷口膨胀规律的异同。LES模型气液界面复杂,是用于研究管内气液流型的理想方法。该方法为三维模拟打下了较好的基础,所得结果可以作为管外射流研究的初始条件。

非淹没高速水射流喷嘴内外流场数值模拟

将紊流K－ε模型和多流体模型结合，建立了适合于描述非淹没高速水射流喷嘴内外流场特性的数学模型，构造了可靠的算法，并进行了大量的模拟计算。计算的射流液体区长度与实验数据吻合较好，同时探讨了锥角等对锥形喷嘴射流流场的影响，指出了改进锥形喷嘴射流特性的途径及简单锥形喷嘴的不足。本研究方法可以用于其他形状喷嘴的非淹没高速水射流特性的数值模拟。

非淹没性低速圆射流特性研究

介绍了射流的基本概念、射流的分类和圆射流断裂理论。结合韦伯和列维奇半经验计算公式,在不同射流速度下,对两种孔径的孔口(d0=2mm和3.4mm)进行了非淹没性圆射流特性研究,并做了射流断裂长度的测定。通过实验值和半经验计算值的相互比较,结果显示,在较慢的射流速度下,用韦伯给出的半经验公式计算出的射流断裂长度值和实验值较接近。而在速度稍大一些时,用列维奇给出的公式计算出的射流长度值和实测值吻合得较好。

围压对超临界二氧化碳射流冲击力与冲蚀射孔的影响

与水射流相比,超临界二氧化碳射流破岩具有所需能量少、效率高,以及不产生储层渗透性伤害等优点。将其应用于非常规油气资源的径向井钻井与喷射压裂作业中已引起广泛关注。井底压力环境对水力能量具有严重影响,而超临界二氧化碳流体性质易随环境压力改变而显著变化,是否具有良好射流作业效率仍亟待研究。通过数值模拟与室内测试实验方法,研究了模拟围压对流场速度分布、射流冲击力以及冲蚀破岩效率的影响。结果表明:喷射压力恒定时,射流冲击力和射孔深度均随围压增大而显著减小,二氧化碳临界压力处变化明显;喷射压差恒定时,随着围压的增大,射流冲击力几乎不发生变化,而射孔深度先较稳定或轻微增长然后明显减小,在临界压力时达到最大。分析认为,围压升高引起喷嘴外流场二氧化碳由气态相变为超临界态,射流形式由非淹没射流转变为淹没射流,是超临界二氧化碳射流与水射流冲蚀射孔规律显著不同的主要原因。

紫外光诱导纳米颗粒胶体微射流碰撞特性（英文）

采用流体力学模拟方法,建立了垂直非淹没射流的计算流体动力学模型,研究了在紫外光诱导纳米颗粒胶体射流中用直径D为500μm的微孔光-液耦合喷嘴进行抛光加工的冲击动力学,分析了非淹没射流条件下光-液耦合喷嘴内、外的流场分布情况及其对工件表面的喷射冲击特征,对紫外光诱导纳米颗粒胶体射流冲击动力学过程进行了理论描述。计算结果表明,在1MPa入射压力时,微孔光-液耦合喷嘴口TiO2胶体的喷射速度约为30m/s,其集束匀速喷射距离约为5mm。在此喷射距离时进行垂直喷射,在胶束与工件表面的冲击射流作用区域,其射流静压最大值分布在射流冲击作用中心,但射流动压及射流合成速度在此区域的截面分布呈"W"形状,射流动压及速度最大值出现在胶体射流束的外环直径约2mm处。

气动无针注射器喷嘴射流的数值模拟

为研究兽用气动无针注射器的喷嘴结构对射流形态、轴向喷射速度和动压的影响,利用计算流体动力学工具对淹没和非淹没两种实验工况下的高压射流进行数值模拟。在淹没环境中,采用Standard k-ε湍流模型,对平顶型、锥型和锥直型三种典型喷嘴的射流流场特性进行分析;在非淹没环境中,采用Standard k-ε湍流模型和VOF模型,对不同几何参数锥直型喷嘴的射流流场进行模拟分析。结果表明:在淹没环境中,锥直型喷嘴能够得到可控性较好且速度更高的射流;在非淹没环境中,当喷嘴直径为0.25 mm、收缩段长度为5 mm时,随着收缩角的增大,射流轴向速度先增大后减小,并在收缩角为30°时达到最大值;长径比为3的圆柱段能够较好聚集加速射流;入口压力为31 MPa的锥直型喷嘴产生的射流滞止压强能够满足兽用无针注射的要求,其滞止压强最大值位于以喷嘴中心轴线为圆心,半径0.06~0.07 mm的圆周内。该研究对无针注射器微型喷嘴的性能评估和优化设计有一定的参考意义。

新型复合喷嘴非淹没空化射流仿真研究

采用FLUENT软件模拟新型复合喷嘴的非淹没空化射流流场,并与单喷嘴淹没空化射流和非淹没空化射流流场进行了对比。研究结果表明,新型复合喷嘴结构在非淹没环境下能产生良好的空化效果。

非淹没旋转射流的数值模拟

利用FLUENT软件,对叶轮加旋法产生的非淹没旋转射流流场进行了数值模拟,根据计算结果分析叶片导向角和喷嘴出口段长度对射流扩散角的影响规律。将数值模拟结果与试验结果进行了对比,得出了较为一致的结论,为煤层中旋转射流割缝技术的应用提供了强有力的理论依据。

水力冲孔喷嘴流场的数值模拟分析

用Fluent软件对喷嘴的各个结构参数对射流流场的影响进行了数值模拟,模拟发现:在圆锥段收缩角为13°左右、喷嘴出口圆柱段的长径比为3左右时,射流核心段上的速度最大。数值模拟结果与理论结果完全一致。