射流元件平面喷嘴结构优化试验研究
高压水射流喷嘴的设计及其结构优化
高压水射流喷嘴的设计及其结构优化针对于水射流切割系统而言，关键的设备之一就是喷嘴，严重影响射流内部流场和水射流动力学性能。
通过分析和研究传统直线类型喷嘴，改进喷嘴流道结构，将既具有过渡段和平直段又具有收缩段的流线型喷嘴设计出来。
标签：高压；水射流喷嘴；设计；结构前言：无论对射流流场分布，还是水射流力学性，喷嘴都具有至关重要的影响。
喷嘴结构好能够将水射流加工的精度和效率有效地提升。
喷嘴内部水射流运动的速度也非常快，因此，嚴重磨损喷嘴的结构[1]。
怎样设计出既能够满足加工效率和精率又耐用的喷嘴结构，是当前国内外学者研究和分析的重要课题。
一、设计高压水射流喷嘴（一）水射流结构和机理1.水射流的结构。
射流就是流体通过小孔或者狭缝流动的一种现象。
水射流结构图见图1所示。
图1中分为初始段、基本段、转折段以及消散段四个段。
射流初始段，射流离开喷嘴，虽然就会由于与环境介质能量的转换，而有扩散和紊动剧烈地发生，但是，射流速度并没有改变，而且射流轴线方向上的动压力值和密度，都是保持不改变的。
基本段，射流轴向速度值和动压力值都在渐渐地且有规律地减小，在与轴线断面上垂直时，无论是射流的轴向速度值，还是动压力值，分布都是呈高斯曲线。
转折段，由于射流方向和大小都会有一个突变，所以称此段为“转折段”。
消散段，也是射流最后的一段，射流与射出环境介质在该段中已经完全融合，射流轴向速度和动力值这时都非常小。
结合不同需求来利用不同段的射流，致使射流的最大能量转换率和使用率能够有效地实现[2]。
2.水射流的机理。
水射流就是通过一系统或者一个小孔，将一定静压水喷射成水流且形成细小流线束，致使这种细小流线束既具有较高动压，又具有较高流速。
根据不同标准，水射流分类也不同。
根据驱动压力分：可以分为超高压水射流、高压水射流、中压水射流以及低压水射流。
该文水射流压为选用的是200Mpa，属于超高压水切割。
根据环境介质分：可以分为淹没式式射流和非淹没式射流。
扇形区域洒水机射流元件试验研究
外 。
２Ｌ ０ — 击
～
［ ］ 郭生荣 ， ． ３ 等 直轴 式恒 压泵 的脉动 分析 与研究 ［ ． 国 ｃ］ 中 航空 学会 控制与应用 第十届 学术 年会论 文集 ，０
３ ２８
５ ２
液压 与气动
２１ ０ １年第 １ １期
劈型、 中板 、 盖板 等射 流元 件进 行试 验 ；
（ ）记录现象及数据 。 ６ ３ 试 验方 案
试 验 主要包 括在 喷嘴 宽度 、 型 、 劈 中板 和 盖板 改变
实验现象 不 切换 ， 少量分流 分流严重 ， 不切换
不 切 换 ， 量 分 流 少
的情况下 ， 观察射流元件 的旋转情况 。喷嘴如 图 ３所 示， 喷嘴 编号从 左 向右依 次为 ： 、 、 、 １ ２ ３ ４；
参考文献 ：
２
［ ］ 姚新 ， 压 泵 压 力 脉 动 分析 及 衰 减 措 施 ， 床 与 液 压 １ 液 机 ［ ］ ２０ ，８ ：７ —１２ Ｊ ．０ ４ （ ） １ １ ７ ． ［ ］ 王 占林．飞机高压液压 能源系统［ ．北京 ： ２ Ｍ］ 北京航空航
天大学 出版社 ，０ ４ ２０ ．
１
２ ３
小排量 自由切换 ， 大排量不切换 ， 分流严重
小排量 自由切换 ， 有分流 ， 大排量不切换 ， 分 流 严 重 ｔ４￣ 自由切换 分流严重 ， ｌ１ ＇ 量 大排量单边射流 ， 有少 量分流
，
１ 曲 ２ ３ ４
室 小
３
４ １
小角度内旋转 能切换 到另一侧 ， 有分流 ， 切换 后分 流更 严重
口通 道后 能切 换 到 另一端 的射 流元 件 ， 实现 旋 转 装 置在 一 定 角度 往 复 摆 动 ， 有 必要 研 究该 新 型 射 流元 以 故
喷嘴结构对高压水射流影响及结构参数优化设计
喷嘴结构对高压水射流影响及结构参数优化设计1韩启龙，马洋(第二炮兵工程大学 动力工程系， 陕西 西安 710025)摘要：喷嘴是产生高压水射流的关键部件，其结构形式对射流动力学性能有很大影响。
以圆柱形喷嘴为对象，进行喷嘴结构对高压水射流的影响分析及结构参数优化设计。
采用两相流计算流体力学模型进行喷嘴内外的射流流场分析。
为节省计算资源，在优化设计时引入Kriging 代理模型替代计算流体力学模型。
分别采用改进的非劣分类遗传算法（Nondominated Sorting Genetic Algorithm, NSGA-II ）和基于分解的多目标进化算法（MultiObjective Evolutionary Algorithms based on Decomposition, MOEA/D ）进行单目标和多目标优化设计。
研究结果表明：直线型喷嘴总体性能较优，凹型喷嘴次之，凸型喷嘴性能最差。
以直线型喷嘴为设计对象，以射流初始段长度和流量为目标，得到了单目标和多目标优化设计结果，单目标优化时，两个指标较基准外形分别提高14.71%和27.56%。
多目标优化时，优化得到的半锥角处于[15.4 , 89.8 ]区间上。
基于代理模型和进化算法的全局优化方法在进行喷嘴的优化设计时是有效的。
关键词：高压水射流；喷嘴；全局优化；两相流；代理模型；MOEA/D 中图分类号：V411 文献标志码：A 文章编号：Influence of nozzle structure on high pressure water jet andoptimization design of nozzle structure parameterHAN Qilong, MA Yang(Second Artillery Engine ering University, Xi’an 710025, China ）Abstract : Nozzle is the crucial component used to generate high pressure water jet, and its structure form has large influence on dynamic performance of high pressure water jet, so the influence of nozzle structure on high pressure water jet is analyzed, and the optimization design of nozzle structure parameter is implemented in this paper. Two phase flow computational fluid dynamics model is employed to analyze flow field. The Kriging surrogate model is used to replace the computational fluid dynamics model in the process of optimization design for reducing the computational resources. The Nondominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II) and MultiObjective Evolutionary Algorithms based on Decomposition (MOEA/D) are respectively employed to carry out single and multi objective optimization design. The research results were summarized as follows. First, the general capability of line-form nozzle was the best, then the concavity-form nozzle, and the protruding-form nozzle has the worst capability. Second, the single and multi objective optimization design of line-form nozzle was implemented, in which core zone length and mass flux of water jet were taken as optimization objectives. Compared to the baseline, the two indexes increased by 14.71% and 27.56% respectively after the single objective optimization. The optimal semi-cone angle after multi objective optimization located on [15.4 , 89.8 ]. Third, the global optimization algorithm based on surrogate model and evolutionary algorithm was proved to be effective. Key words: high pressure water jet ；nozzle ；global optimization ；two phase flow ；surrogate model ；MOEA/D1收稿日期：2015-11-20基金项目：国家自然科学基金青年科学基金项目（E031303）第二炮兵工程大学科研基金青年项目（2015QNJJ034）作者简介：韩启龙（1979－），男，甘肃宁县人，硕士，副教授，E-mail ：longfeng.061106@马洋（通讯作者），男，湖南澧县人，博士，讲师，E-mail ：mldy0612@由于具有清洗质量好、清洗速度快、绿色环保、安全性能高等优点[1]，高压水射流在固体发动机推进剂的清洗和切割中具有很好的应用前景[2,3]。
喷嘴的结构原理_0
喷嘴的结构原理篇一：喷嘴结构性能可靠。
热流道系统一般按照热流导板的加热方式分为两大类。
对于热流道热流道的组成结构。
工作稳定，河北热流道模具。
输出控制器件选用进口大功率双向可控硅输出，在大型热流道模具上逐步采用脉冲调宽式温控系统。
热流道价格。
河北热流道模具。
进浇口处痕迹平滑；近年来，看看热流道是什么。
优点有：结构。
－在制品上不留下进浇口残痕，看着热流道热流道的组成结构。
性能可靠。
想知道热流。
平头开放式热喷嘴外加热式针阀式热喷嘴：热流道价格。
针阀式喷嘴技术上较先进，工作稳定，听说fisa热流道。
输出控制器件选用进口大功率双向可控硅输出，热流道系统。
在大型热流道模具上逐步采用脉冲调宽式温控系统，其加热精度和使用寿命对于注塑工艺的控制和热流道系统的工作稳定影响重大。
热流。
一般有加热棒、加热圈、管式加热器、螺旋式加热器（加热盘条）等等。
热流道招聘。
近年来，学会fisa热流道。
质量高的不锈钢管制作大型制品模具的热流道，推荐采用内壁经过精加工的，学会组成。
以使其保持均匀的温度。
热流道公司。
近年来，用鈹銅或銅制造喷嘴，热传导率高的材料制作。
一般用钢材制造热流道板，其精度可达± 0.5℃ 。
加热元件是热流道系统的重要组成部分，其周围用铸銅固定。
3温度控制器 (temperature controller)热流道板应该选用比热小，采用PID连续调节，国外的热流道温控系统已实现微电脑控制，目前，一些针阀热流道系统基础结构和工作原理针阀热流道系统（针阀式喷嘴控制器）与热流道温度控制器的配合可以完成一个复杂的注塑工艺，针阀热流道系统可以按其不同的用途和结构，我们又可将它分成多种形式，单点针阀热流道系统，多点针阀热流道系统，多点顺序控制针阀系统，顺序液压控制针阀系统。
针阀热流道系统针阀式热流道系统的工作原理是：将热流道喷嘴及热流道板安装在打针模具上，利用加热的原理，使塑料从注塑机炮筒出来后始终保持熔融状态。
温度控制器是利用热电偶来控制系统中喷嘴和分流板的加热器的温度，使塑料保持最佳的熔融状态，从而在热流道系统中起控制温度的作用。
基于Fluent自振脉冲射流腔体结构参数的数值优化
基于Fluent自振脉冲射流腔体结构参数的数值优化张洪;祝锡晶;赵韡;石亦琨【摘要】The efficiency of deep coal rock burst can be effectively improved by self-excited oscillation pulsed j et.In order to design the self-excited oscillation pulsed j et device with higher coal rock burst effi-ciency ,based on the basic principle of fluid mechanics,Fluent software is used to do the numerical sim-ulation of the self-excited oscillation pulsed j et,and to do the analysis of the influence of cavity structure of different pulse j et peak velocity.The large eddy model (LES)is used to calculate.The numerical sim-ulation shows that the velocity chart and pressure cloud diagram of self-excited oscillation pulse j et ac-cord with the vortex collision theory and the principle of pulse j et generation.The peak velocity of self-excited oscillation pulsed jet is gotten under the particular parameters (LengthL=4.5 mm,Cavity di-ameter D=8 mm,Collision wall convergence angle alphaα=120°,the upper and lower nozzles diameter are respectively d1=1 mm,d2=1 .1 mm),The maximum velocity of self-excited oscillation pulsed j et is 231.21 m/s,which is 92.68% higher than that of inlet velocity,and the effect of pulse jet erosion is better.%自激振荡脉冲射流可以有效提高深部煤岩破蚀效率.为设计破蚀煤岩效率较高的自激振荡脉冲射流发生装置,基于流体力学基本原理,利用Fluent软件对自激振荡脉冲射流进行数值模拟,分析不同的腔体结构对脉冲射流峰值速度的影响.采用大涡模型(LES)进行计算,通过数值模拟发现,自激振荡脉冲射流速度云图和压力云图符合涡旋碰撞理论和脉冲射流发生原理.在特定的参数(腔长L=4.5 mm,腔径D=8 mm,下碰撞壁收敛角α=120°,上下喷嘴直径分别为d1=1 mm,d2=1.1 mm)下,自激振荡脉冲射流峰值速度最大,为231.21 m/s,相比于入口速度提高了92.68%,脉冲射流冲蚀效果较好.【期刊名称】《中北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(038)005【总页数】6页(P556-560,573)【关键词】破蚀煤层;自激振荡;脉冲射流;大涡模拟【作者】张洪;祝锡晶;赵韡;石亦琨【作者单位】中北大学机械与动力工程学院,山西太原 030051;煤与煤层气共采国家重点实验室,山西晋城 048000;中北大学机械与动力工程学院,山西太原030051;中北大学机械与动力工程学院,山西太原 030051;煤与煤层气共采国家重点实验室,山西晋城 048000;首都航天机械公司,北京 100044【正文语种】中文【中图分类】TE377;TD823煤炭资源为我国提供了70%的能源，支撑着国民经济的快速发展. 我国的煤层气资源丰富， 2014年底全国煤层气探明地质储量达7 000亿立方米. 煤层气的开发利用，可以减少甲烷对大气的污染[1]. 高瓦斯压力和高地应力的综合作用是造成煤与瓦斯问题突出的主要原因，并且开采过程中产生的煤尘会引发爆炸和肺病等危害[2]，极大地影响了煤层气开采效率.自激振荡脉冲射流是通过流体力学、流体弹性力学、流体共振和水声学等发展起来的一种新型高效脉冲射流，它不需要外加激励元件，依靠流体本身在自激振荡腔中产生振荡，将连续射流变为脉冲射流[3-4]. 自激振荡脉冲射流相比于连续射流有很好的破岩效果，在脉冲振幅为250 m/s时，自激振荡脉冲射流破岩的效率提高了48.7%，在脉冲频率为2.5 kHz时，自激振荡射流的破岩效率提高了29.3%[5]. 裴江红[6]等证明了脉冲峰值频率取决于系统的固有频率和系统阻尼比，当来流脉动主频率和系统固有频率相近时脉冲射流峰值压力可以达到最大. 刘新阳[7]等研究了结构参数和运行参数对于自激振荡脉冲射流的影响. 唐川林[8]等系统地研究了自激振荡腔体结构对于自激振荡脉冲射流性质的影响，对于自激振荡脉冲射流的腔体结构进行了优化. 王乐勤[9]等对低压大流量自激振荡脉冲射流喷嘴系统进行了试验研究，优化了自激喷嘴结构参数并与高压小流量喷嘴结构参数进行了对比.自激振荡脉冲射流能够产生较强的冲蚀作用，可以有效地切割破蚀煤岩. 本文通过Fluent流体仿真软件对不同结构参数的自激振荡腔进行仿真研究，探讨自激振荡腔内液体的流动状态，并优化自激振荡腔体结构参数(腔长L、腔径D、下碰撞壁收敛角α和下喷嘴直径d2)，优化后的结构参数可作为自激振荡脉冲射流发生装置设计依据，并将射流发生装置用于开采煤岩.自激振荡脉冲射流装置是轴对称结构，射流的分布也具有对称性. 因此，将自激振荡射流发生装置简化为X-Y平面上的二维问题，如图 1 所示.自激振荡脉冲射流流动方式为湍流，湍流数值模拟的方法包括雷诺平均模拟(RANS)、直接模拟(DNS)和大涡模拟(LES). 对比三种模拟的方法可知，雷诺平均数值模拟把变量做均化处理，比较难以得到射流脉动的细节，直接模拟对计算机的要求很高，一般难以达到其要求，而大涡模拟正好介于直接模拟和雷诺平均模拟之间，而且能够较好地描述脉冲射流的脉动过程[10-11]. 因此，文中选用大涡模拟的方法对自激振荡脉冲射流进行数值模拟，并以射流峰值速度为监测指标，优化自激振荡腔的几何参数.1.2.1 大涡模拟控制方程在进行大涡过程中，为对大涡流场模拟计算，并对小涡流场建立模型，要通过滤波处理将大涡和小涡流场分开. 在大涡模拟中，瞬时流动变量被分解为大尺度量和小尺度量，可以用物理区域上的加权积分来表示大尺度量.通过过滤之后，大涡中速度μi被分解成过滤速度及其偏离之和，即分解为大尺度分量与亚格子尺度分量之和. 大涡模拟求解的是以为变量的大尺度流场的NSE方程组.本文大涡模拟使用BOX滤波函数.对完全的N-S方程进行滤波，得到其中，τij通过涡粘性模型来模拟.自定义涡粘性系数为式中： Smagorinshy常数Cs=0.1；滤波宽度Δ=(Δx2+Δy2+Δz2)1/2, Δx2,Δy2和Δz2分别是在x, y和z方向上的网格宽度.由于经典的Smagorinshy涡粘性模型近壁面区域湍流行为不能准确地给出，因此可在壁面附近进行处理. 依据Van Driest的指数粘滞函数，修正Smagorinshy 模型的涡粘性系数式中： D为近壁衰减函数为近壁无量纲距离： y+=, A+=25.将式(4)，式(6)代入式(3)中，得到控制方程利用ICEM CFD软件对自激振荡腔体结构进行网格划分，选用四面体非结构性网格，并对自激振荡腔拐角处和圆柱段的网格进行加密处理.自激振荡脉冲射流发生装置的结构参数对能否形成良好的脉冲射流有重要的影响. 因此，用Fluent仿真软件，探讨自激振荡脉冲射流装置腔长L、腔径D、下喷嘴直d2、下碰撞壁收敛角α对自激振荡脉冲射流性质的影响，自激振荡腔几何参数如表 1 所示.采用Fluent软件对自激振荡脉冲发生装置进行数值分析，其边界条件设置如下：入口边界条件定义为压力入口(Pressure-inlet)，出口边界条件定义为压力出口(Pressure-outlet)，出口压力设置为0(1个大气压)，其他边界条件设置为壁面条件(Wall).图 2 为腔长L=2.5 mm，腔径D=8 mm，上、下喷嘴直径分别为d1=1 mm，d2=1.2 mm，初始压力p1=5 MPa，计算总时间为t=0.002 s时，自激振荡脉冲射流速度云图随时间的变化情况.图 2 为不同时刻的速度云图. 当t=0.000 05 s时，射流进入振荡腔与腔内的空气发生动量交换产生不稳定剪切层并即将形成涡环，这时候中心轴线上速度变化较小. 当t=0.000 1 s时，自激振荡腔内已经产生了明显的涡环，并且涡环随着射流向下游运动与下游碰撞壁碰撞产生反馈，这时中心轴线速度变化仍不明显. 当t=0.000 15 s 时，涡环与碰撞壁碰撞后产生的反馈开始向上游运动，这时中心轴线上速度较前一时刻速度变大，涡环中心处的速度值最大. 当t=0.000 5 s 时，涡环经过不稳定剪切层的选择放大，逐渐形成了大尺度的涡环，中心轴线上速度云图颜色有变化但不明显，说明还未产生明显的脉冲射流. 当t=0.001 s时，振荡腔内涡环逐渐趋于稳定. 当t=0.002 s时，自激振荡腔内形成稳定且往复循环的大尺度涡环，振荡腔中心轴心上的速度有较为明显的变化，振荡腔内形成了效果较好的脉冲射流. 自激振荡脉冲射流瞬时速度云图的变化符合自激振荡脉冲射流的发生机理.设定振荡腔上、下喷嘴直径分别为d1=1.0 mm, d2=1.2 mm，腔径D=8 mm，下碰撞壁收敛角α=120°. 通过改变振荡腔长与前喷嘴直径之比L/d1探索自激振荡腔长对射流性质的影响规律，如图 3 所示. 不同的初始压力，在相同条件下，脉冲射流的峰值速度随着振荡腔长的增加而增大，当腔长增加到一定程度时峰值速度开始下降，说明存在着一个最佳腔长使自激振荡脉冲射流的冲击效果最好. 形成这种现象的原因是自激振荡脉冲射流要求振荡腔内的反馈和扰动有一定的相位关系，如果腔长过短，射流在腔体中未形成有效的振荡就从后喷嘴喷出. 如果振荡腔过长，射流在振荡腔内流动变得复杂，能量耗散较大，峰值速度降低.从图 3 中可以看出，在L/d1=4.5，也就是腔长L=4.5 mm时自激振荡效果最优. 在相同条件下，自激振荡脉冲射流的峰值速度随着初始压力的增大而呈现非线性增长，初始压力越大，峰值速度越大.自激振荡腔径是影响脉冲射流效果的主要参数之一，取优化后腔长L=4.5 mm，d1=1.0 mm， d2=1.2 mm，α=120°. 探寻腔径对自激振荡脉冲射流性质的影响，如图 4 所示. 由自激振荡脉冲射流峰值速度随腔径与上喷嘴直径之比变化情况可知，初始泵压不变时，相同条件下自激振荡脉冲射流峰值速度随着腔径的变大先增大后减小，当D=7 mm时，脉冲射流峰值速度最大. 形成这种现象的原因是，当腔径较小时，振荡腔内不能形成较好的大尺度涡环，脉冲射流效果较差. 当腔径较大时，自激振荡腔内流动形式较为紊乱，能量耗散较大，所以射流的峰值速度较低.保持腔长L=4.5 mm, D=8 mm, d1=1.0 mm, p1=5 MPa不变，对下喷嘴直径d2进行优选. 图5为下喷嘴直径与自激脉冲射流峰值速度的关系曲线. 由图可知，下喷嘴直径对自激振荡脉冲射流性质有一定的影响. 在相同的压力条件下，自激振荡脉冲射流峰值速度随着下喷嘴直径的增大先增加后减小，存在一个最优的值d2=1.1 mm. 形成上述趋势的原因为，下喷嘴直径过小，射流在进入圆柱段管路时急剧收缩，能量损失较大从而影响射流流出的速度. 当下喷嘴直径过大时，由自激振荡脉冲射流发生原理可知，上、下喷嘴直径相差过大不易在前喷嘴出口处形成“涡”的放大，导致自激振荡脉冲射流效果较差，从而影响冲蚀煤层的效率. 从图 5 分析可知，当上、下喷嘴直径分别为d1=1 mm, d2=1.1 mm，腔长L=4.5 mm，腔径D=8 mm时，自激振荡脉冲射流峰值速度最大，冲蚀煤层的效果最好. 当给定初始压力为p1=5 MPa时，自激振荡脉冲射流的峰值速度为231.21 m/s，相比上喷嘴入口速度提高了92.68%，有效提高了射流的冲击力. 保持优化参数L=4.5 mm， D=7 mm， d2=1.1 mm不变，取下碰撞壁收敛角分别为90°，120°，150°，180°和210°. 通过数值模拟得出自激振荡脉冲射流峰值速度与下碰撞壁收敛角的关系，如图 6 所示. 高速射流在振荡腔内能否形成有效的反馈，振荡腔碰撞壁是其关键结构之一. 碰撞壁的收敛角度合适，射流经过碰撞壁能够形成较强的压力扰动波，有利于形成较好的脉冲射流.从图 6 可知，相同条件下，脉冲射流峰值速度随着收敛角的不同有较大的变化. 初始压力不同时，脉冲射流峰值速度变化的趋势基本一致，收敛角为120°时脉冲射流的峰值速度最大. 在相同条件下，自激振荡脉冲射流峰值速度随着初始泵压的增大而增大.利用Fluent流体计算软件，采用大涡模型对自激振荡喷嘴进行了数值模拟，得出以下结论：1) 从数值模拟云图可知，射流在振荡腔内形成了明显的涡环，振荡腔内的压力变化和速度变化符合涡旋碰撞理论和脉冲射流发生机理.2) 自激振荡腔长、腔径、下喷嘴直径和下碰撞壁收敛角对脉冲射流峰值有较大影响，当腔长L=4.5 mm，腔径D=7 mm，下喷嘴直径d2=1.1 mm，下碰撞壁收敛角α=120°，脉冲射流峰值速度最大，优化后的自激振荡腔结构参数可作为自激振荡脉冲射流发生装置的设计准则.3) 在相同的条件下，自激振荡脉冲射流峰值速度随着初始压力的增大呈现非线性增长，在一定范围内初始压力越大，峰值速度越大.4) 当初始泵压p1=5 MPa，腔长L=4.5 mm，腔径D=7 mm，上、下喷嘴直径分别为d1=1 mm, d2=1.1 mm时，自激振荡脉冲射流峰值速度为231.21m/s，相比于入口初始速度(120 m/s)提高了92.68%，说明自激振荡脉冲射流可以产生较好的冲蚀效果.【相关文献】[1] Han F X, Lindner J S, Wang C. Making carbon sequestration a paying proposition[J]. The Science of Nature, 2007, 94(3)： 170-182.[2] 许满贵，魏攀，何鹏程，等. 表面活性剂降尘效果试验研究[J]. 煤炭技术， 2016， 35(3)：139-142.Xu Mangui， Wei Pan， He Pengcheng， et al. Experiment study on efficiency of reducing dust by using surfactants[J]. Coal Technology， 2016， 35(3)： 139-142. (in Chinese) [3] Keller J J. Non-linear self-excited acoustic oscillations in cavities[J]. Journal of Sound & Vibration， 1984， 94(3)： 397-409.[4] Ozalp C， Pinarbasi A， Rockwell D. Self-excited oscillations of turbulent inflow alonga perforated plate[J]. Journal of Fluids & Structures， 2003， 17(7)： 955-970.[5] 周维. 自激振荡脉冲射流破岩特性数值模拟[D]. 重庆：重庆大学， 2014.[6] 裴江红，廖振方，唐川林，等. 自激振荡脉冲射流频率特性实验研究[J]. 中国机械工程，2009， 20(1)： 60-63.Pei Jianghong， Liao Zhenfang， Tang Chuanlin， et al. Experimental study on characteristics of self-excited oscillation pulsed water jet[J]. China Mechanical Engineering，2009， 20(1)： 60-63. (in Chinese)[7] 刘新阳，王松林，高传昌，等. 自激脉冲射流装置参数对性能影响试验研究[J]. 振动与冲击，2012， 31(24)： 112-114.Liu Xinyang， Wang Songlin， Gao Chuanchang, et al. Effects of parameters of a self-excited pulsed jet equipment on its performance[J]. Journal of Vibration and Shock，2012， 31(24)： 112-114. (in Chinese)[8] 唐川林，王晓明，胡东，等. 自振脉冲喷嘴中异形结构对射流振荡频率的影响[J]. 矿山机械，2015， 43(1)： 15-20.Tang Chuanlin， Wang Xiaoming， Hu Dong, et al. Influence of special-outlet self-exciting oscillation pulsed nozzle on oscillation frequency[J]. Mining Machinery，2015;43(1)： 15-20. (in Chinese)[9] 王乐勤，王循明，徐如良，等. 低压大流量自激振荡脉冲射流喷嘴结构参数优化研究[J]. 流体机械， 2004， 32(3)： 7-10.Wang Leqin， Wang Xunming， Xu Ruliang， et al. Structure-parameter optimized study of self-exicited oscillation pulsation-jet nozzle in low-press and amount-flux[J]. Fluid Machinery， 2004， 32(3)： 7-10. (in Chinese)[10] 肖友刚，张晓缝，康志成. 高速列车车头曲面脉动压力的大涡模拟[J]. 四川大学学报(工程科学版)， 2010， 42(1)： 227-232.Xiao Yougang， Zhang Xiaofeng， Kang Zhicheng. Large eddy simulation for fluctuation pressure of high speed train head surface[J]. Journal of Sichuan University (Engineering Science Edition)， 2010， 42(1)： 227-232. (in Chinese)[11] 赵新泽，汪坤，徐翔，等. 风琴管空化清洗喷嘴结构改进及数值分析[J]. 科学技术与工程，2015， 15(35)： 131-137.Zhao Xinze， Wang Kun， Xu Xiang， et al. Structure improvement and numerical analysis of organ pipe cavitation cleaning nozzle[J]. Science Technology and Engineering，2015， 15(35)： 131-137. (in Chinese)。
临界流文丘里喷嘴数值模拟及优化设计
临界流文丘里喷嘴数值模拟及优化设计临界流文丘里喷嘴是一种常见的流体控制装置，广泛应用于工业生产和科研领域。
在喷嘴设计和优化过程中，数值模拟是一种有效的工具，可以帮助工程师们快速地理解和优化喷嘴的性能。
本文将详细介绍临界流文丘里喷嘴的数值模拟及优化设计过程，并通过案例分析展示其实际应用价值。
一、临界流文丘里喷嘴数值模拟原理临界流文丘里喷嘴是一种能够将压力能转化为动能的装置，其工作原理是通过喷嘴的收缩部分将流体加速至超声速，从而产生高速的气流。
在数值模拟中，常用的方法是通过计算流体动力学（CFD）模拟喷嘴内部的流场，以获得喷嘴的流动特性和性能参数。
在模拟中，需要考虑喷嘴的几何结构、流体密度、温度、速度等参数，以确保模拟结果的准确性。
二、临界流文丘里喷嘴数值模拟优化设计方法1. 建立模型：首先需要根据实际喷嘴的几何结构建立数值模拟模型，包括喷嘴的入口、出口、收缩段和扩散段等部分。
2. 设定边界条件：根据实际工况设定模拟的边界条件，包括流体的入口速度、出口压力、喷嘴表面的壁面条件等。
3. 求解流场：利用CFD软件对模型进行流场的数值求解，得到喷嘴内部的流速、压力、温度等参数分布。
4. 分析与优化：根据数值模拟结果，分析喷嘴的流场特性和性能参数，通过调整喷嘴的几何结构或流体参数进行优化设计，以提高喷嘴的效率和可靠性。
三、临界流文丘里喷嘴数值模拟优化设计案例分析以某工业设备中的临界流文丘里喷嘴为例，进行数值模拟优化设计分析。
该喷嘴的工作流体为高温高压气体，需要在限定的空间中提供足够的动能以满足工艺需求。
通过以上案例分析可见，临界流文丘里喷嘴的数值模拟优化设计在工程实践中具有重要的应用价值，可以帮助工程师们快速地理解喷嘴的流动特性和性能参数，并提出有效的优化方案。
在实际工程中，数值模拟可以大大缩短设计周期，降低试验成本，提高产品设计的准确性和可靠性，对于提高工程设计的效率和质量具有重要意义。
某型航空发动机燃油喷嘴对比试验研究
3、探索新型高性能燃油喷嘴材料的研究和应用，提高燃油喷嘴的耐高温、耐 腐蚀性能，以满足航空发动机更加严苛的工作需求。
4、加强国际合作与交流，共同推进航空发动机燃油喷嘴的研究与发展，提升 我国在航空领域的国际竞争力。
参考内容
引言
某型航空发动机燃油喷嘴是航空动力系统的重要组成部分，对于发动机的燃烧 效率和性能有着至关重要的影响。由于燃油喷嘴的设计和制造涉及到复杂的流 体动力学、热力学和材料科学等领域，因此需要通过试验研究来验证其工作性 能和稳定性。本次演示将对某型航空发动机燃油喷嘴进行试验研究，旨在深入 了解其工作原理和性能特点，为发动机的整体性能优化提供依据。
在当前的航空发动机燃油喷嘴研究中，如何实现喷嘴内燃油喷射的优化是一大 挑战。喷嘴内燃油的喷射受到多种因素的影响，如燃油压力、喷嘴结构、气动 性能等。这些因素之间的相互作用及其对燃油喷射的影响机制尚不明确，因此， 开展相关的研究工作具有重要意义。
为了深入探讨航空发动机燃油喷嘴耦合作用机制，本次演示采用实验研究与理 论分析相结合的方法。首先，设计并制作不同结构参数和几何形状的燃油喷嘴 模型，通过实验测试不同喷嘴的性能表现。然后，结合实验数据，运用数值模 拟方法对喷嘴内燃油的流动、雾化、混合过程进行详细分析，以揭示喷嘴结构 参数与燃油喷射性能之间的内在。
5、实验结束后，将实验数据进 行整理和分析。
1、开展更加细致的对比试验研究，综合考虑不同类型燃油喷嘴的性能、经济 性和环保性等多方面因素，为实际应用提供更加全面的理论依据。
2、加强燃油喷嘴的优化设计研究，通过采用先进的数值模拟方法和试验手段， 对燃油喷嘴的结构参数进行精细化调整和优化，以进一步提高燃油喷嘴的性能。
实验研究结果表明，燃油喷嘴的结构参数对燃油的喷射性能具有显著影响。具 体来说，喷嘴出口直径、出口角度和燃油压力对燃油的喷射范围、速度和雾化 效果具有决定性作用。同时，喷嘴内部流道的设计也对燃油流动和混合过程产 生重要影响。
基于射流控制的流场改善技术研究
基于射流控制的流场改善技术研究近年来，随着工业领域的不断发展，流场控制技术成为了流动过程优化的一种重要手段。
基于射流控制的流场改善技术，是目前最受关注的一种流场控制技术之一。
该技术主要是通过射流的注入和控制，对流场进行有针对性的改善，从而达到提高流动性能、减少阻力、增加升力、降低噪声等效果的目的。
一、射流控制的基本原理射流控制是指通过喷嘴将高速气流注入到目标区域，通过改变气流的流向、速度和强度等参数，实现流场改善的一种技术。
射流控制技术的基本原理是利用射流的能量吸收、传导和轰击作用，改变目标区域内气流的状态，从而达到控制流场的目的。
二、基于射流控制的流场改善技术的应用1. 喷气发动机领域喷气发动机是现代飞机、导弹等高速飞行器重要的动力装置，其工作原理就是通过喷射高速气流实现动力传递。
因此，基于射流控制的流场改善技术在喷气发动机领域得到广泛应用。
例如，在喷管出口处安装射流控制装置，可以有效地消除涡流、减少碰壁损失，从而提高喷气发动机的推力和燃烧效率。
2. 风洞实验中的应用风洞实验是现代流体力学研究中常用的一种手段，通过模拟真实环境中的流场条件，从而对不同的流场结构进行测试和优化。
在风洞实验中，基于射流控制的流场改善技术可以用来模拟不同的气动场景，对流场结构和阻力等影响因素进行研究。
3. 汽车外形设计中的应用在汽车外形设计中，流体力学因素是重要的考虑因素之一。
设计师需要考虑车身外形对气流的影响，从而优化车身结构以达到降低风阻、提高车辆性能的目的。
基于射流控制的流场改善技术可以用来对汽车外形进行优化，通过调整射流参数来改变车身气动特性。
三、射流控制技术的研究现状目前，基于射流控制的流场改善技术已经得到了广泛的研究和应用。
研究者们通过模拟实验、数值模拟等手段，进一步探讨了射流控制技术的优化方案和实现途径。
同时，射流控制技术在航空航天、交通运输、能源等领域的应用也得到了进一步的探究和拓展。
四、结语基于射流控制的流场改善技术，是一种应用广泛的流场控制技术，目前已经得到了广泛的研究和应用。
临界流文丘里喷嘴数值模拟及优化设计
临界流文丘里喷嘴数值模拟及优化设计引言文丘里喷嘴是一种常见的喷射装置，广泛应用于化工、航空航天、医疗器械等领域。
临界流文丘里喷嘴因其性能稳定、喷射效率高而备受关注。
本文旨在以数值模拟和优化设计的方法，对临界流文丘里喷嘴进行研究，以期能够提高其性能并满足不同领域的需求。
一、临界流文丘里喷嘴的特点和应用临界流文丘里喷嘴是一种特殊的喷嘴结构，其特点主要包括喷嘴在工作流量范围内具有最低的阻力损失，喷射效率高，喷射效果稳定等。
在工程应用中，临界流文丘里喷嘴被广泛应用于喷气发动机、火箭发动机、液体燃料喷射装置等。
其优点主要包括喷射效率高、能量损失少、喷嘴寿命长等。
二、临界流文丘里喷嘴数值模拟方法在临界流文丘里喷嘴的研究中，数值模拟是一种非常有效的研究手段。
数值模拟可以帮助研究人员快速获得流场的分布情况，以及喷嘴的性能参数。
一般而言，临界流文丘里喷嘴的数值模拟可以采用计算流体动力学（CFD）方法。
在进行数值模拟时，需对喷嘴的几何结构和工作流场进行建模，并设置相应的数值模拟参数，如边界条件、材料属性等。
通过数值模拟可以得到喷嘴出口处的流速、压力、温度等相关参数，从而评估喷嘴的性能和优化设计。
三、临界流文丘里喷嘴的数值模拟结果分析通过数值模拟可以获得临界流文丘里喷嘴流场的分布情况以及相关参数。
通过对数值模拟结果的分析，可以得出以下结论：1. 喷嘴出口处流速分布均匀，流速峰值处位于喷嘴中心，流速高、压力小；2. 喷嘴内部流场存在较大的压力梯度，需进行优化设计以减小压力损失；3. 喷嘴内部流场存在较大的湍流和涡流，需要考虑喷嘴的抗阻性能。
通过对数值模拟结果的分析，可以为进一步的优化设计提供依据和方向。
四、临界流文丘里喷嘴的优化设计基于数值模拟结果的分析，可以进一步对临界流文丘里喷嘴进行优化设计。
优化设计的目标主要包括提高喷射效率、减小压力损失、提高抗阻性能等。
在优化设计中，一般可以采用以下方法：1. 优化喷嘴的几何结构，包括入口形状、出口形状、喷嘴长度等，以提高流场的均匀性和稳定性；2. 优化工作流场的设计，包括改变流场入口条件、设置流场引导结构等，以减小流场的湍流和涡流；3. 优化材料选择和加工工艺，以提高喷嘴的抗阻性能和耐磨性能。
喷嘴结构对流场性能影响的研究
中， 文研究 的海水 淡 化 喷嘴 就是 喷 嘴式 分 布器 中 本
的一种 。 参 阅 文 献 ［ —８ 并 综 合 考 虑 了实 验 和 模 拟 两 种 ６ ］
水平 管管外液体 的分 布和流动 。液体分 布装置包 括
修 改 ， 观 察 不 同 的 喷 嘴 出 口扩 散 角 和 出 口 直 径 对 以 喷嘴流场 的影 响 。
作 者简 介 ： 庆 刚 （ ９ ９ ） 邱 ］ ６ ．男 ， 宁大 连 市 ． 教授 ， 士 。 辽 副 博
基 金 项 目 ：中 央 高 校 基 本 科 研 业 务 费 专 项 资 金 资 助
速度 ； 为体 积 力 ； Ｆ Ｐ为 流 体 密 度 ， 为 液 相 体 积 分 Ｆ
数 ， 一 １ （ 一 厂） ２ “ 一ｆ ｎ＋ （ 一 －） １ ０ ＋ １ Ｉ ， ｕ Ｄ １ 厂 一 下 标 １
和 ２表示气 相 和液相 ；， ｉＪ为张 量符号 。 针对大 空 间旋转 射流特 征 ， 用 ｒａ ｚｂｅｋ 应 ｅｌ ａ ｌ —ｅ ｉ
模 拟 结 果 与 实验 数 据进 行 了对 比 ， 两者 吻 合 良好 。对 喷 嘴 出 口扩散 角 和 出 口直 径 等 结 构 参 数 进 行 了比较 分析 ， 出 得
结 论 ： 嘴 出 口扩 散 角越 大 ， 淋 液锥 角度 也越 大 ， 出 口扩 散 角度 并 不 是 越 大 越 好 ， 际应 用 中存 在 一 个 最优 值 ； 喷 喷 但 实
所 研 究 的 海 水 淡 化 离 心 式 喷 嘴 包 括 侧 面入 口管
十组 压力数 据并 取平 均值 ） 改变 流量 大小 以测量 多 ，
高压水射流喷嘴内外部流场的数值模拟研究
高压水射流喷嘴内外部流场的数值模拟研究一、本文概述随着科技的进步和工业的发展，高压水射流技术在众多领域如清洗、切割、破碎、喷涂等中得到了广泛应用。
作为高压水射流技术的核心部件，喷嘴的设计和性能对整体技术的效果起着至关重要的作用。
因此，对高压水射流喷嘴内外部流场的深入研究和理解，对于优化喷嘴设计、提高射流效率、降低能耗等方面具有极其重要的意义。
本文旨在通过数值模拟的方法，对高压水射流喷嘴内外部流场进行系统的研究。
我们将对喷嘴内部流场进行详细的分析，包括流体的速度分布、压力分布、湍流特性等，以揭示流体在喷嘴内部的流动规律。
我们将关注喷嘴外部流场，特别是射流与周围环境的相互作用，射流的扩散、衰减、破碎等现象。
我们还将探讨喷嘴几何参数、操作条件等因素对流场特性的影响，为喷嘴的优化设计提供理论支持。
在数值模拟方面，我们将采用先进的计算流体力学（CFD）软件，建立精确的喷嘴几何模型和流体控制方程，通过合理的网格划分和边界条件设置，进行详细的数值模拟。
我们将通过对比分析实验结果和数值模拟结果，验证模型的准确性和可靠性，进而深入探讨喷嘴内外部流场的特性和规律。
通过本文的研究，我们期望能够更深入地理解高压水射流喷嘴的流场特性，为喷嘴的优化设计和实际应用提供有益的指导和建议。
我们也希望能够为高压水射流技术的进一步发展和应用推广做出一定的贡献。
二、高压水射流喷嘴的基本原理和分类高压水射流喷嘴是高压水射流技术的核心部件，其基本原理是利用高压水泵将水加压至数十至数百兆帕，然后通过喷嘴形成高速、高能量的水射流。
这一过程中，水射流在喷嘴内部经历压力能和动能的转换，并在喷嘴出口处形成强烈的冲击力和剪切力，从而实现各种工业应用。
根据喷嘴的结构特点和用途，高压水射流喷嘴可分为多种类型。
其中，最常见的分类方式是根据喷嘴出口形状的不同，将其分为圆柱形喷嘴、扇形喷嘴、圆锥形喷嘴等。
圆柱形喷嘴出口呈圆形，射流集中，适用于需要高精度切割和清洗的场合；扇形喷嘴出口呈扇形，射流面积大，适用于大面积清洗和除锈等应用；圆锥形喷嘴出口呈圆锥形，射流扩散角较大，适用于远距离清洗和破碎等任务。
连续管多孔喷嘴射流工具研制与清洗参数优化
第 51 卷 第 3 期石 油 钻 探 技 术Vol. 51 No.3 2023 年 5 月PETROLEUM DRILLING TECHNIQUES May, 2023◄钻井完井►doi:10.11911/syztjs.2023061引用格式：赵金，赵星，蔡鹏，等. 连续管多孔喷嘴射流工具研制与清洗参数优化[J]. 石油钻探技术，2023, 51（3）：83-89.ZHAO Jin, ZHAO Xing, CAI Peng, et al. Development of coiled tubing jet tools with multi-hole nozzles and cleaning parameter optimization [J].Petroleum Drilling Techniques，2023, 51(3)：83-89.连续管多孔喷嘴射流工具研制与清洗参数优化赵 金1， 赵 星2， 蔡 鹏3， 彭 齐4， 饶嘉骐5（1. 长江大学机械工程学院, 湖北荆州 434023；2. 成都北方石油勘探开发技术有限公司, 四川成都 610501；3. 中海油安全技术服务有限公司湛江分公司, 广东湛江 524057；4. 中国石油集团工程技术研究院有限公司, 北京 102206；5. 中国石油玉门油田分公司环庆采油厂, 甘肃庆阳735019）摘 要: 连续管尺寸与喷嘴射流参数、泵车参数不匹配导致清洗效果较差，针对该问题，模拟了连续管、喷嘴组合及泵车水力参数的匹配关系，通过试验分析了射流速度、喷嘴直径、喷嘴数量、移动速度和除垢剂对油管清洗效果的影响，基于分析结果研制了新型多孔喷射清洗工具，并进行了清洗参数优化。
研究表明，在管柱安全和管内空间允许的条件下，选择大尺寸连续管，可降低管内摩阻和提高流体返出速度；针对井深不超过 3 000 m 的井 ϕ73.0 mm 油管除垢，选用ϕ50.8 mm连续管，柱塞直径114.3 mm、泵冲90 min−1、功率580 kW的泵车，可获得最优施工排量。
基于SAS和CFD由加速距离评价喷嘴参数的研究
ｍ ｄ ｌ， ｘ ｘ ｏ ｅ ＝ ２： ｍ ｄ ｌ ｘ ｘ ３： ｏ ｅ ｙ ２ ｘ
ｍ ｄ ｌ ｌ ｘ ３ ｘ ／ ｅ ｅ ｔ ｓ ｅ ｗｉ ｅ ｏ ｅ ｙ ２ ｘ ４ ｓ ｌ ｃ １ ｒ ｔ ｐ ｓ ：
流 的切割 效果 。
导 ＋ ｐｉ ） ＋－Ｇ ） Ｋ＝ 奇（ ） Ｕ毒［ 酱］ｌ（ Ｇ（ Ｋ ＋ ｓ ｓ ， ＿
Ｇ ｂ一 — Ｓ ３ ） Ｇ Ｐ Ｇ ～＋ ｋ （） ２
由于 喷嘴 内部流 场处 于高度 湍 流状态 ， 目前还 不 能
收 稿 日期 ：０ － — ２ ２ １－ ３ ２ １
Ｕ 日 舌 Ｊ Ｉ
通过 理论解 析其 流场 ． 只能 定性 描述 其 流场分 布 。本文 就是要 基 于 Ｆ Ｕ Ｎ Ｌ Ｅ Ｔ的可视 化数 值模 拟 ， 过水 与磨 通
料 的相对加 速距 离来 评价 和优化锥 直 喷嘴长 径 比。
喷 嘴 是 流体 射 流 的发 生 元件 。它 的功 能 不但 是 把 高 压 泵 或 增 压器 提 供 的静 压 能 转 换 为 水 的动 压 能 ， 而 且应 保 证 射 流具 有 优 良的流 动特 性 与 动力 性 能 。为 降 低 水 射 流 的 比能 ，必须 不 断地 研 究 和改 善 各类 喷嘴 的 几何 造 型 ， 立起 喷 嘴结 构与 动力 之 间的关 系 。通过 理 建 论 分 析 ， 计计 算 与 实验 测 定 等环 节 的 密切 配 合 ， 化 设 优 喷嘴 的 集合 造 型 及 动力 性 能参 数 ，以取 得 较 高 的能 量 传输 效率 。 锥 直 型 喷嘴 的几 何 参数 主要 有 ： 缩 角 ， 渡 圆弧 收 过 半径 。 出人 口直径 ， 长径 比等 。而 每 一个 几 何参 数 的改
喷嘴结构对射流特性的影响
诚黼究清洗世界C l eani ng W or l d 第29卷第1期2013年1月文章编号：1671—8909(2013)1—0015—04喷嘴结构对射流特性的影响付必伟，赵江，王斌，艾志久，贾林，蹇清平(西南石油大学，四川成都610500)摘要：基于计算流体力学，以射流清洗喷嘴的结构为研究对象，分析喷嘴结构对喷嘴射流特性的影响。
本次研究基于Fl uent软件平台，对不同喷嘴结构进行数字模拟仿真分析，再利用正交试验设计方法分析计算结果得出最佳结构的喷嘴结构。
研究结果表明，喷嘴出口切面形状对射流速度影响最大，收缩角其次，喷嘴出口段长度影响最小。
关键词：射流清洗；喷嘴结构；射流速度；数值模拟中图分类号：T E248文献标识码：AN ozzl e s t r uct ur e on t he i nf l uence of t he i nj ect i on abi l i t yF U B i w ei，Z黝D以口昭，黝ⅣG B i n，A I Zhi j i u，J I A Li n，J I A N Q i ngpi ng(Sout hw es t Pet r ol e um U ni ver si t y，Chengdu，Si chua n610500，C hi na)A bst r a ct：I t i s bas ed o n t he com put at i onal f l ui d m e cha ni cs，usi ng t he s t r uct ur e of t he cl e ani ng nozzl ea8t he r esea r ch obj ect，Thi s r e sear c h anal ysi s di f fer ent s t r uct ur e of nozzl e i nf l uence o n j et character is t i cs．The r esea r ch us e di gi t al si m ul at i on t o anal ys i s di ff er ent s t r uct ur e of nozzl e by Fl uent sof t w ar e．T he bes t s t r uct ur e of nozzl e can be ac qui r e d by or t hogonal exper i m e nt a l de si gn m et hod．The r esul t s of t he st udy s how t hat t he exi t sect i on s hape of nozzl e on t he bi gges ti nf l uence jet vel oci t y，contr act A ngl enext，nozzl e exi t sect i o n l engt h aff ect t he m i ni m um．K ey w or ds：j et cl eani ng；t he s t r uct ur e of nozzle；j et vel oci t y；num ber si m ul a t i on目前克拉玛依油田有油水井将近4000多口，在用油管约100万根，每年需要清洗的油管在(23—30)万m长；如果能提高常规喷嘴的清洗效率及效果则可以减少能源消耗，减少成本效益相当可观。
微细电解射流喷射装置研制与工艺试验
台 的平 面运动 实现微 细 型孑 ． Ｌ 窄槽 、 缝 、 型 凹坑 、 细 微
流道 ， 运用 仿 真 软件进 行 了 喷 嘴参 数 （ 角 、 锥 毛细段 的长径 比） 对喷 射液束质 量影 响 的数 值模 拟 ， 优化 喷
电解液 过滤并 减轻 ， 至消除脉 动 现象 。滤芯 体采 用 甚
为实现各种微结构 优质高效 的电解射流加工 ， 其 喷射 装置必须满 足一定 的工艺 要求 。 由于 电解 射 流 加 工采用不进 给或微 量进给 的方 式 ， 为提高所加 工小
孑 的深径 比 ， Ｌ 改善小孔 的 圆度 和锥度 ， 喷射 出的 电解
过 滤及稳压后 ， 嘴高速 射 向工 件 的待加 工表 面 ， 从喷 最 后流人工 作箱底部 ， 由 回液管 回流 至电解 液槽 。 经
４ ２ 喷射液束破碎长度 的测量 ．
ｈ ｐ／ Ｍ ．ｈｌ ｏ 字航 料 工 艺 ｔ ：／ ｗ ｙｃ ｙｃｉ ｔ ｇ ｎ ２１ ００年
电解液 喷射装 置与 电源 、 电解液 循 环 过滤 系统 、
工件 安装 固定及工作 台运动 控 制 系 统组 成 了微 细 电 解射 流加工 的试验装置系统 ， 图 ３所 示 。 如
体
图 ２ 电解 射 流 喷射 装 置
Ｆｇ２ Ｅｅｔ ｌ ｅ ｅ ｅｕｐ ｅｔ ｆ Ｊ ｉ ｌ ｒ ｙ ｔ ｑｉｍ ｎ ｏ Ｍ ． ｃｏ ｔｊ Ｅ
避免 了加工过程 中玻璃 喷嘴容易破碎 的现象 ， 而是采 用组 合式喷嘴结构 ， 即喷孔部分采用耐磨 的人造宝石 制成 ， 而其他部分则 用不 锈 钢加 工而 成 ， 者组 合 成 二
一
加工时 电解液 在液压泵 作 用 下经 过 两级 过滤 系 统， 从进液连接件进 入电解 液 喷射 装 置 ， 经过 滤芯 体
射流元件平面喷嘴结构优化试验研究
＝ ±
４０
（一 ｓ ） １ 卢
（） １
圈 ７ 流 线 型 喷 嘴 结构 参数
于射 流元 件 、 活塞 等主要 部 件 ， 重 于组 装 后 侧 的冲击器 能否正常稳 定工作 。 忽略了很 小但 却
又非常重要 的部位—— 射 流元 件的平 面喷嘴 。 由于射流元 件 喷嘴 既是 高压 流体 能量转 换 的
元件 ， 又是形 成射 流 工况 的直 接元 件 ， 性 能 其
射流元件平 面喷嘴结构优 化试 验研究
熊青 山 ，， ，李 一 佳 ， 传 奇 ， 双 亮 安 刘
４ ４ ２ ； ３０ ３ ） （ ． 北 省 油气 钻 采 工 程 重 点 实 验 室 ， 北 荆 州 ４ ４ ２ ；． 江大 学 石 油 工程 学 院 ， 北 荆 州 １湖 湖 ３ ０ ３ ２长 湖
试 验 中 设 计 有 “ 形 、 圆 形 、 圆弧 形 、 Ｙ” 椭 双 流线 形 、 变 速形 五种 类 型 喷 嘴 ， 在 室 内 等 且
进 行 了 试 验 。 验 结 果 表 明 ： 线 形 喷 嘴 的流 量 系 数 最大 ， 目前 大 量采 用 的 “ ” 试 流 而 Ｙ 形 进 口喷 嘴 流量 系数 几 乎 最小 。 议 在 以后 设 计 射 流元 件 时采 用 流线 形 进 口喷 嘴 ， 建 以 使设 计 出 的 喷 嘴能 提高 过 流 能 力 ， 而 提 高 冲击 器 的 性 能 。 从 关键词 ： 击旋转钻进 ； 动射流冲击器 ； 流元件 ； 面喷嘴 ； 冲 液 射 平 流量 系数
， ， ±
［ｎｔｆ＋ｓｃ 一ｉ卢 】 （） １（ｇ ｌ ｅ卢）ｓ ｎ ２
式 中 — — 流 道母 线 上 任 一 点在 ｘ轴 上 的 投影 值
超净流压缩引导实验等离子喷嘴优化设计
超净流压缩引导实验等离子喷嘴优化设计引言在喷嘴技术领域，等离子喷嘴作为一种新型的喷嘴设备，具有较高的压缩比和传播速度，广泛应用于航空航天、冶金工业、能源领域等。
然而，传统等离子喷嘴存在流场不稳定、压缩比低以及过高的磁场损耗等问题。
为了解决这些问题，并为等离子喷嘴提供更高效的工作性能，本文提出了一种超净流压缩引导实验等离子喷嘴的优化设计方案。
1. 等离子喷嘴结构等离子喷嘴通常由温度控制系统、压缩系统和引导系统组成。
优化设计的核心是改进引导系统，以提高流场稳定性和压缩比。
2. 超净流压缩引导设计原理引导系统主要包括引导管和磁场控制系统，其中引导管用于控制等离子体的流动方向和速度，而磁场控制系统用于控制等离子体在引导管内的运动轨迹。
超净流压缩引导设计的核心思想是通过优化引导管和磁场控制系统的结构，最大限度地减小流场不稳定性和磁场损耗。
3. 引导管设计为了提高流场稳定性，我们采用了锥形引导管。
锥形引导管可以使等离子体在流动过程中逐渐加速，并且避免了流体的回流现象。
此外，我们还对引导管表面进行了特殊处理，以减小雷诺数和摩擦阻力，从而提高流动性能。
4. 磁场控制系统设计为了减小磁场损耗，我们采用了优化的磁场控制系统。
该系统能够产生均匀且稳定的磁场，从而保持等离子体在引导管内的运动轨迹。
具体设计包括优化磁体布置、选择合适的电源和优化磁场控制算法等。
5. 优化算法应用本文采用了粒子群优化算法（PSO）来优化等离子喷嘴的设计。
PSO算法能够通过迭代计算得到最优的设计参数，并使等离子喷嘴的性能得到最大程度的发挥。
6. 优化结果与分析我们对比了优化前后的等离子喷嘴性能指标，如压缩比、磁场损耗、流场稳定性等。
优化结果表明，经过优化的超净流压缩引导实验等离子喷嘴，在压缩比和磁场损耗方面均有显著的提高，流场稳定性得到了明显改善。
结论通过超净流压缩引导实验等离子喷嘴的优化设计，我们成功解决了传统等离子喷嘴存在的流场不稳定、压缩比低和磁场损耗过高的问题。
新型人工淹没水射流喷嘴流场数值模拟与结构优化
新型人工淹没水射流喷嘴流场数值模拟与结构优化
雷传超;邓松圣;张世峡;管金发
【期刊名称】《后勤工程学院学报》
【年(卷),期】2015(031)006
【摘要】为了扩展淹没型空化水射流的应用场所,同时扩大其有效靶距范围,设计了一种新型人工淹没水射流喷嘴,利用Fluent软件对喷嘴内部流场进行了数值模拟,并以气含率和气相体积为评价指标对喷嘴结构参数进行了优化.结果表明:所设计的喷嘴能够有效产生空化,空化主要在射流与伴随流之间的剪切层产生;喷嘴的结构参数对空化影响较大,内喷嘴圆柱段长度为4mm,直径为2mm,扩散段角为20°,外喷嘴直径为16 mm时,射流的空化效果较好.
【总页数】5页(P52-56)
【作者】雷传超;邓松圣;张世峡;管金发
【作者单位】后勤工程学院军事供油工程系,重庆401311;后勤工程学院军事供油工程系,重庆401311;后勤工程学院军事供油工程系,重庆401311;后勤工程学院军事供油工程系,重庆401311
【正文语种】中文
【中图分类】TH137
【相关文献】
1.淹没型空化水射流流场数值模拟与冲蚀实验研究 [J], 雷传超;邓松圣;管金发;陈晓晨;张滕飞
2.非淹没高速水射流喷嘴内外流场数值模拟 [J], 王冬;周明来;等
3.新型后混合磨料水射流喷嘴流场数值模拟研究 [J], 陈晓晨;邓松圣;张滕飞;管金发
4.人工淹没空化水射流喷嘴内部流场研究 [J], 雷传超;管金发;于以兵;廖松;张滕飞
5.新型中心体喷嘴流场数值模拟与结构优化 [J], 刘鲁兴; 邓松圣; 管金发; 李国栋; 姚粟; 姜玉泉
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喷嘴结构对水射流性能影响的分析
喷嘴结构对水射流性能影响的分析李俊;张庆;周一睁【摘要】This paper introduces the theory of water-jet and mathematical model of its computational fluid dynamics and uses FLU-ENT solfware to simulate and analyae the water-jet flow fields with different nozzles. According to the compared result of the simula-tion,the rectifying section of nozzle not only has influences on the water-jet velocity, but also prompts the increase of the nozzle out-let flow. When the convergence angle of the nozzles is 14 degree, the performance of the water-jet is the best.%介绍了水射流理论及其计算流体力学的数学模型，运用FLUENT软件对不同结构喷嘴的水射流流场进行仿真分析。
通过仿真结果比较得出：锥直形喷嘴整流段长度对喷射速度具有一定影响，且有利于喷嘴出口流量的增加；当喷嘴收缩角为14°时，水射流性能最佳。
【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】3页(P102-104)【关键词】水射流;喷嘴结构;流场仿真【作者】李俊;张庆;周一睁【作者单位】南京理工大学，江苏南京210094;南京理工大学，江苏南京210094;南京理工大学，江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】TP391.9随着计算机和流体数值技术的快速发展以及许多湍流模型的成功建立，应用数值模拟的方法对水射流流动特性和物理量的分布规律进行研究具有更准确、可靠、迅速的优点。
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1前言液动射流冲击器因其独特的优点，在石油勘探、科学钻探、矿山开采等钻井（孔）中得到了广泛的应用或具有广泛的应用前景[1-6]。
就液动射流冲击器设计而言，研究人员一般侧重于射流元件、活塞等主要部件，侧重于组装后的冲击器能否正常稳定工作，却忽略了很小但又非常重要的部位———射流元件的平面喷嘴。
由于射流元件喷嘴既是高压流体能量转换的元件，又是形成射流工况的直接元件，其性能的好坏将直接影响射流冲击器的能量利用率。
射流元件平面喷嘴形状不同，其效率不同。
此外，射流元件不仅应用于钻探中，还可用于马路撒水、90°范围内的草坪撒水等，其结构的优劣与节能节水又有着密不可分的联系，对其进行研究，显然具有现实的意义。
值得一提的是，目前国内外对射流元件“平面”喷嘴的研究甚少[7]，故提出了射流元件高效喷嘴的研究。
2射流元件平面喷嘴结构设计射流元件喷嘴平面结构，主要包括喷嘴的流道形状、喷嘴高度和喷嘴宽度。
传统射流冲击器的射流元件喷嘴采用了“Y”形进口喷嘴，为了与之进行对比，本次设计中除设计有某规格射流冲击器射流元件原尺寸喷嘴之外，还有椭圆形、圆弧形、双圆弧形、流线形、等变速形五种类型喷嘴。
（一）椭圆形进口喷嘴如图1所示，这种喷嘴的进口流道母线是椭圆弧的一部分。
喷嘴出口流道是长方形。
（二）圆弧进口喷嘴如图2所示，它的进口流道母线是圆弧的一部分，出口流道为长方形。
（三）“Y”形进口喷嘴如图3所示，它的进口流道为倒八字形，出口流道为长方形，整体呈“Y”形，石油钻井射流元件平面喷嘴结构优化试验研究熊青山1，2，李佳1，安传奇1，刘双亮1（1．湖北省油气钻采工程重点实验室，湖北荆州434023；2.长江大学石油工程学院，湖北荆州434023；）摘要：液动式射流冲击器因其独特的优点，在石油、科学勘探等钻井中具有广泛的应用前景。
其核心部件射流元件平面喷嘴结构好坏直接影响射流的能量利用率，因此在设计射流元件时，有必要设计出高效结构的喷嘴，以减少能量损失。
本次试验中设计有“Y”形、椭圆形、双圆弧形、流线形、等变速形五种类型喷嘴，且在室内进行了试验。
试验结果表明：流线形喷嘴的流量系数最大，而目前大量采用的“Y”形进口喷嘴流量系数几乎最小。
建议在以后设计射流元件时采用流线形进口喷嘴，以使设计出的喷嘴能提高过流能力，从而提高冲击器的性能。
关键词：冲击旋转钻进；液动射流冲击器；射流元件；平面喷嘴；流量系数中图分类号：P634文献标识码：A图1椭圆形喷嘴用液动射流冲击器大量采用此类型喷嘴，其实物如图4所示。
（四）双圆弧进口喷嘴如图5所示，它的进口流道母线为两段外切的圆弧，出口流道为长方形。
（五）流线形喷嘴它的进口流道母线为流线形，流道母线是按照流线方程作出的曲线。
（1）流线方程流线方程为x=±W j-W03.6512（1-cosβ）（1）y=±H1n（tgβ+secβ）-sin!"β（2）式中x———流道母线上任一点在x轴上的投影值W j———射流入口处宽度W0———射流出口处宽度β———流道角y———流道母线上任一点在y轴上的投影值H———元件高度公式中±号的选取为：曲线的上半段取正号，曲线的下半段取负号。
（2）流道母线的确定x和y的坐标位置和方向如图6所示。
设计喷嘴时，先根据喷嘴的结构尺寸，确定W j、W0和H，如图7所示，然后使β在0～85°范围内取值，连续计算x和y值，在相关软件上连成光滑的曲线，可得流道母线，如图6所示。
图2圆弧形喷嘴图3“Y”形喷嘴图4射流冲击器射流元件“Y”形喷嘴图6流线型喷嘴的流道母线YX图7流线型喷嘴结构参数W jHWo 图5双圆弧形喷嘴81234567453216711891012图11各喷嘴在水箱壁面布置俯视图1.椭圆形喷嘴2.圆弧形喷嘴3.“Y ”形喷嘴4.双圆弧形喷嘴5.流线型喷嘴6.等变速形喷嘴7.稳水孔板8.溢流挡板图8流线型喷嘴（六）等变速形喷嘴如图9所示，它的进口流道母线是一条等变速曲线，液流在喷嘴中流过时，沿喷嘴轴线方向，液流速度变化是一个常数，即dV =常数，即等变速流道。
根据dV =常数，可推导出流道母线方程，从而确定流道母线。
3实验（一）实验装置秒表、量筒、游标卡尺、直尺、水槽、水泵、水箱、排水管、盛水容器等，如图10所示。
（二）实验步骤（1）如图11所示，测量各个喷嘴出口处的长和宽，计算出各个喷嘴出口截面积，每组测三次数据，取其平均值A 0，此外记下喷嘴出口中心到液面的距离H ；（2）接通电源，启动水泵，待水完全进入水路循环系统后，检验各个喷嘴的密封性是否完好；（3）液面上升达到设计的高度后，稳定一段时间，如果高度没有发生变化，开始实验；（4）待秒表、水槽等准备就序后，试测其中一个喷嘴的流量，来确定进水管的流量，以确保实验过程中液面能较好地保持稳定；（5）打开喷嘴，用盛水容器接流出液体，与此同时开始计时；（6）当液体流出一定时间后，停止计时，与此同时，关闭喷嘴出口。
记录秒表读数t 且用量筒测出流出液体的体积V ，重复测三次。
图9等变速形喷嘴图10测喷嘴流量系数实验装置图1.水泵（抽水机）2.自循环供水箱3.实验台4.恒压水箱5.溢流挡板6.稳水孔板7.系列喷嘴8.回水槽9.回水漏头10.回水管11.出水流量调节阀12.盛水容器次数体积mL 时间s 体积流量mL/s 平均体积流量mL/s椭圆形1420529.17144.155144.67412456031.43145.08433446830.86144.7829圆弧形1495329.04170.5579170.75672475327.72171.46463467527.46170.2476“Y ”形1403529.51136.7333136.67212443032.2137.57763431031.76135.7053双圆弧形1438029.02150.9304152.03962480531.6152.0573379024.75153.1313流线形1593530.03197.6357197.0812490024.96196.31413510225.86197.2931等变速形1495530.93160.2005159.71512526033.24158.24313458028.5160.7018表1实验测算数据测算数据喷嘴类型（7）重复步骤5和6，记录其余喷嘴液体流出时间t 及流出体积V ；（8）根据流出时间t 、流出液体体积V 、喷嘴出口截面积A 0等计算出各喷嘴实际流量Q ，取其平均值，再计算理论流量Q t ，从而计算出各个喷嘴的流量系数μ。
（三）实验结果及数据处理实验结果见表1。
（1）实际排量Q实验排量Q 即实验所得到的单位时间内流出的体积V ，结果见表1。
Q =133i =1ΣQ i=133i =1ΣViti（2）理论流量Q t可通过式（3）求解理论排量。
求解结果见表2。
Q t =2g H 姨A 0（3）（3）流量系数μμ=QQ t流量系数计算结果见表2。
4认识与结论（1）流线形喷嘴的流量系数最大；其次分别是等变速形、圆弧形、双圆弧形；“Y ”形喷嘴、椭圆形喷嘴流量系数最小；（2）射流元件在实际设计的过程中，应采用流线形喷嘴，而不是传统的“Y ”形喷嘴，尤其在石油钻探中，更应如此；（3）该法测流量系数简单易行，成本低，喷嘴结构类型椭圆形圆弧形“Y ”形双圆弧形流线形等变速形实际排量，mL 144.6741170.7567136.6721152.0396197.081159.7151理论排量，mL 170.66183.24153.59166.04206.51170.59流量系数，μ0.847650.9319590.8898260.9156670.9543060.936317表2各喷嘴流量系数值Experimental Study on Plane Nozzle Structure Optimizationin the Efflux ElementXIONG Qings -han 1,2，LI Jia 1，AN Chuan -qi 1，LIU Shuang -liang 1(1.Key Laboratory for Drilling and Production Engineering of Hubei Province,Jingzhou ，Hubei,434023,China;2.College of Petroleum Engineering Yangtze University,Jingzhou ，Hubei,434023,China)Abstract:the hydro -efflux hammer has good application potency in oil -drilling and scientific exploring for its unusual advantage.The plane nozzle structure of efflux element influences directly on efflux energy utilization,so it is necessary to develop the high effective plane structure nozzle to reduce the energy loss.Five types of nozzles included “Y ”,elliptical ,double circular,streamlined and iso-variable velocity type nozzle were designed and tested in the laboratory.The test results indicated that the coefficient of flow of streamlined nozzle is higher than any other nozzles.The coefficient of flow of “Y ”type nozzle used widely is the lowest.During designing efflux element later,the steamlined nozzle should be adopted to improve flow capacity of the nozzle and the performance of hydro-efflux hammer.Key words:percussive rotary drilling;hydro-efflux hammer;efflux element;plane nozzle;coefficient of flow仅需设计、加工水箱及喷嘴即可，实验装置其余部分均易得到。