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。

低压射流不同喷嘴参数及压力下破碎过程实验

研究了不同低压下喷头喷嘴直径和喷嘴锥角对射流破碎的影响。采用高速摄像仪对低压圆柱射流的射流核心长度和射流破碎长度进行实验,测量了不同喷嘴结构的流量、射程和末端水滴直径。结果表明:同一压力下,当喷嘴锥角不变时,随着喷嘴直径的增大,喷头流量、射程和喷头末端水滴直径都变大,射流核心长度和破碎长度均增大;当喷嘴直径不变时,随着喷嘴锥角的增大,喷头流量逐渐减小,而喷头射程呈先增大后减小趋势,喷头末端水滴直径也变大,射流核心长度逐渐减小,射流破碎长度先减小后增大。综合考虑射程和雾化效果,直径为5 mm、锥角为45°的喷嘴为最优选择。同时通过对不同Re数和We数的实验和分析,给出了适合低压喷嘴的两种射流特征长度的拟合关联式。

波浪环境中圆形垂向射流的试验研究

使用粒子图像测速技术PIV(particle image velocimetry)对有限水深规则波浪环境下圆形垂直射流进行了试验研究。应用相位分析法从测量结果中分离出时间平均的速度值。试验中用5种不同周期的波浪研究波周期对射流的影响,分析了射流核长度与射流比、射流出口速度与波浪速度之比和波陡的关系,以及一定区域内射流喷口轴线上垂向平均速度的衰减规律和射流宽度的发展规律。结果表明波周期对射流的流场特性有显著影响。

聚合射流氧枪射流特性模拟研究

建立了聚合射流氧枪数学模型,基于CFD计算软件对有无伴随流的超音速氧气射流特征进行了模拟,以射流温度和密度计算云图阐明了火焰伴随聚合射流的基本原理,分析了不同伴随流条件下火焰伴随聚合射流核心区长度的变化规律。模拟结果表明:火焰伴随流氧枪射流核心区长度优于纯氧聚合射流,是传统超音速氧枪核心区长度的4倍左右,主氧周围甲烷和副氧反应所产生的高温低密度火焰能够保护主氧射流,使主氧射流形成高度聚合状态;随燃气伴随流热值的提高,聚合射流核心区长度增加;随甲烷燃气压力以及环境温度的升高,聚合射流核心区长度变长。

水煤浆气流雾化的初次破裂特性

以水煤浆和空气作为实验介质,利用高速摄像仪对同轴双通道喷嘴水煤浆气流雾化的初次破裂过程进行了实验研究,重点考察了在喷嘴出口附近水煤浆的射流核心长度和振荡频率等特征。研究结果显示,实验中水煤浆的破裂模式为非轴对称雷利破裂模式,根据实验结果,得到了浆体的量纲1射流核心长度与气速和液速之间的关系式。雾化过程中浆滴的产生与水煤浆射流振荡有关,研究了其Strouhal数与Weber数和液体Reynolds数之间的关系。