自激振荡射流喷嘴研究进展
双腔室自激振荡喷嘴频率特性研究
切层 向下 游 流 动 过 程 中 ， 于剪 切 层 的 不 稳 定 性 对 涡 由
２ ％ 。如何 进一 步 提 高 脉 冲射 流 峰 值 压 力 ， 为 众 多 ０ 成
学 者研 究 的热 点 ， 目前 还 主 要 集 中在 通 过 对 单 腔 室 但
自激振 荡腔 结 构 尺 寸 和 上 、 喷 嘴 孔 径 的优 化 来 获 得 下
Ｐ ＩＪａ ｇ ｈ ｎ Ｅ ｉｎ — ｏ ｇ． Ｔ ＮＧ Ｃ ｕ ｎ ｌ ＨＵ Ｄｏ ｇ Ａ ｈ ａ —ｉ ｎ ｎ
（ｎｔ ｕｅｏ Ｗａｅ Ｊｔ ｅｉｅ Ｈｕ ａ ｎｖｒｔ ｏ Ｔ ｃ ｎｌ ｙ Ｚ ｕｈｕ４ ２ ０ ， ｈｎ ） Ｉｓ：ｔ ｆ ｔｒ ｅ Ｄ ｖ ， ｎ ｎＵ ｉｅｓｙ ｆ ｅｈ ｏ ｇ ，ｈ ｚｏ １０ ８ Ｃ ｉ ｔ ｃ ｉ ｏ ａ
嘴 的相似 网络模 型 ， 理论分析 了双 腔室 自激振荡喷嘴频率特性 。模型计算 结果表 明 ： 双腔室 自激振荡 喷嘴结构 参数对 系 统的固有频率有重要 的影 响 ， 系统结构 参数 间存在最优匹配关 系 ， 与文献 中介 绍 的单腔室结 构参数 的最佳配 比关 系有 并 较大的不同 ， 腔室 自激振荡喷嘴较单 腔室 自激振荡喷嘴可 以提 高脉 冲射 流峰值压力 。分析结果对 双腔室 自激振荡喷嘴 双 结构设计具有一定 的借 鉴价值 。 关键词 ： 自激振荡 ； 冲射流 喷嘴； 脉 固有频率 ； 双腔室
双腔室自激振荡喷嘴频率特性研究
5 ． L0 / d1 = L1 / d2 = 29
不同腔长下的系统频率特性
Fig． 3 the frequency characters on different chamber length
1 ． D0 / d1 = D1 / d2 = 10
2 ． D0 / d1 = D1 / d2 = 15
3 ． D0 / d1 = D1 / d2 = 20
。 国内外学者实验表明， 自
激振荡脉冲射流峰值压力较连续射流可以提高 15% ～
基金项目： 科技部国际科技合作项目（ 2008DFA70300 ） 收稿日期： 2010 － 01 － 15 修改稿收到日期： 2010 － 03 － 02 1973 年生 第一作者 裴江红 男， 博士， 讲师，
Fig． 1 the model of double chambers selfexcited oscillation pulsed water jet nozzle
w2 × C1 × C2 × R1 × R2 R1 + R2
系统相应的频率响应函数、 幅频特性和相频特性 分别为： G（ s） = A（ w ） = R2 1 · R1 + R2 1 － w2 LC1 + s［ D － E］ 1 （1 槡 － w LC1 ）
2 2 2 + w2［ D － E］
m； a － 振荡腔内流体的波速， 单位 m / s。 4 l0 Δp = 2 （ 3） dQ / dt π l0 式中： l0 － 上喷嘴前管路长度，单位 m； d0 － 上喷嘴前管 L = 路直径，单位 m 。
P0 － 上喷嘴入口压力； P － 下喷嘴出口压力 图2 双腔室自激振荡喷嘴集中参数网络模型 Fig． 2 Lumped parameter net model of double chambers selfexcited oscillation pulsed water jet nozzle
自激振荡射流喷嘴研究进展
大学 的廖 振方［ １ １ ， １ 教授 等另 辟蹊 径根 据相似 理论 建立 了 自激振 荡 脉冲射 流装
置的流 体 网络 模型 ， 研 究 了结 构参 数 以及流 体参数 对其 频率特 性 的影响 。 他 们 利用基 于相似 原理 的流 体 网络理论 建立 的结 构模 型和 网络模型 如 图ｉ ｎ 图２ 所
谐振腔 尺 寸。 振荡腔 腔长越 大 ， 固有 频率越小 ， 存 在产生最大 谐振峰值 的最佳 腔长 。 自激
可 以得出 喷嘴频率 特性 是非 线性 的 ， 对 不 同频率 的来流 输入 ， 喷 嘴输 出压 力响应不 同 ， 具 有压力 谐振特性 和低 通滤波作 用 ， 在系统 固有频率 附近 ， 响应 幅 值最 大 ； 不同 的流体压力 对应不 同 的系统 固有 频率 ， 压力大 则 固有 频率 也较高 ， 但 不 同压 力 时系 统 的谐 振 峰值基 本 不变 。 由于射 流振荡频 率受压力 波波速直 接影 响， 而波速与振 荡腔室 的结构和射 流本 身特性 的有 关。 振荡 腔 内碰 撞剪切 流动 中的波速对 自激 振荡 脉冲 射流的 频
扰动一 放大一 新的涡量脉动产生的循环过程。 该过程不断重复 ， 就会形成强烈的
自激 振荡 脉冲射 流 。 ２ ． 自激振 荡喷 嘴设 计关 键 由于流体共 振是靠 自激 产生 的， 是无 源 自振 。 根据水 声学原理 ， 共振 驻波 的
自激振荡脉冲射流喷嘴结构优选试验研究
自激振荡脉冲射流喷嘴结构优选试验研究李玮;纪照生;刘景宇;李显义【摘要】高压水射流是钻井提速的基本技术手段。
自激振荡脉冲射流是一种特殊的高压水射流，因其结构简单、全金属性及充分利用钻井液能量等优点，成为深井、超深井钻井提速研究热点。
根据流体网络集中参数理论，设计了室内试验装置和试验方法，对自激振荡脉冲射流元件的结构参数与射流特性进行了室内试验分析。
结果表明：流体网络集中参数理论能够很好地描述射流元件的振荡特性；当上下喷嘴直径比为0．75、腔长腔径比为0．80、喷嘴锥角为120°时，自激振荡脉冲射流性能最好。
%High pressure water jet is the basic mean for improving the efficiency of drilling.Self-excited oscillation pulsed jet is a particular kind of high pressure water jet.Because of its simple structure,all-metal property and making full use of the energy of drilling fluid,it provides theory basisfor improving the efficiency of deep drilling and ultra-deep drilling.Based on fluid network lumped parameter theory,an indoor test equipment and a test method are designed,and also the structural parameters and jet features of self-excited oscillation pulsed jet components are ana-lyzed.The results show that fluid network lumped parameter theory can describe the oscillation properties of fluidic elements well.When the diameter ratio of the upper nozzle and the lower noz-zle is 0.75,the ratioof cavity length and cavity diameter is 0.80 and the conic angle of nozzle is 120°,self-excited oscillation pulsed jet has the best performance.【期刊名称】《石油矿场机械》【年(卷),期】2015(000)007【总页数】4页(P57-59,60)【关键词】喷射钻井;自激振荡;脉冲射流;室内试验;射流喷嘴【作者】李玮;纪照生;刘景宇;李显义【作者单位】东北石油大学，黑龙江大庆 163318;东北石油大学，黑龙江大庆163318;新疆油田勘察设计研究院，新疆克拉玛依 834000;中国石油集团钻井工程技术研究院，北京 102206【正文语种】中文【中图分类】TE926随着深层油气勘探开发的不断深入，深井、超深井的钻井提速压力日益增大。
自激脉冲射流技术研究与应用进展
流具有更大 的冲击力 ， 并可明显提高冲射 流产 生的方法 和他源 式脉 冲射流研究进展 ， 重点 阐述 了 自激脉 冲射 流的研 究与应用 进展 、 存 在 的主要 问题和下一 步的研究 方 向。最后 ，
针对 目前我 国水库清淤 的现状和存在的问题 ， 分 析了将 自激脉冲射流技术和人工异重流相结合 ， 进 行射流清淤等工 程实践应用之前 的研究工作 重点 。
ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｊ ｅ ｔ ｐ ｕ ｍｐ ． Ａ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｎ ｕ ｍｂ ｅ ｒ ｏ ｆ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｓ ｉ ｎ ｒ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｙ ｅ ａ ｒ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｏ ｆ ｊ ｅ ｔ ｐ ｕ ｍｐ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｓ ｅ ｌ ｆ － ｅ ｘ ｃ ｉ ｔ ｅ ｄ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｄ ｊ ｅ ｔ ｂ ｅ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｉ ｔ ｃ ａ ｎ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｕ ｌ ｓ ｉ ｎ ｇ ｊ ｅ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｒ ｉ ｍｐ ａ ｃ ｔ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ． Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ， ｔ ｈ ｅ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｄ ｊ ｅ ｔ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｅ ｘ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｌ ｅ ｘ ｃ ｉ ｔ ｅ ｄ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｄ ｊ ｅ ｔ ｗｅ ｒ ｅ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ
自激振荡脉冲射流喷嘴频率特性实验研究
Ｋｅ ｏ ｄ ：ｓ ｌ ｅ ｃｔｄ ｏ ｃｌ ｔｏ ｕｓ ｄ ｗａｅ ｅ ；ｅ ｏ ｚｅ ｏ ｃｌ ｔ ｎ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｐ ｍｐ ｐ ｅ ｓ ｒ ；ｅ ｇｈ ｏ ａ ｉ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｌ ｙｗ ｒ ｓ ｅｆ ｘ ｉ ｓｉａｉｎ ｐ ｌｅ ｔｒｊｔｊｔｎ ｚｌ； ｓｉ ａｉ ｒｑ ｅ ｃ ； ｕ ｒｓｕ ｅ ｌｎ ｔ ｆｃ ｖｔ ｘ ｅｉ ｎ ａ — ｅ ｌ ｌ ｏ ｙ；
Ｔａ ｇ Ｃｈ ａ ｌ Ｈ ｕＤｏ ｇ Ｐｅ Ｊａ ｇ ｏ ｇ ｎ ｕ ｎｉ ｎ ｎ ｉ ｉｎ ｈ ｎ
（ｎ ｔｔ ｔ ｆ ｔｒＪ ｔ Ｈｕ ａ ｎ ｖ ｒｉｙ ｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ， ｕ ｈ ｕ４ ０ ８， ｈ ｎ ） Ｉ ｓｉｕｅｏ Ｗａｅ ｅ ， ｎ ｎ Ｕ ｉｅ ｓｔ ｆ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ Ｚｈ ｚ ｏ １ ０ Ｃ ｉａ ２
自激 振 荡 脉 冲 射 流 喷 嘴 频 率 特 性 实 验 研 究
唐 川 林 胡 东 裴 江 红
４２０） １ ０ ８ （ 南 工 业 大 学水 射 流 研 究 所 湖 湖南株洲
摘 要 ： 于 水 声 学 和 流体 动 力 学原 理 ， 立 了振 荡 腔 内脉 冲 射 流 频 率模 型 ， 究 结果 表 明 ， 态 数 、 体 密度 及 密 度 变 化 率 是 影 响 射 基 建 研 模 流
中图 分 类 号 ：ＴＥ２ ８ ４ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｅｘ ｅ ｉ ｅ ａ ｔ ｄ ｎ ｔ ｅ ｆ ｅ ｅ ｙ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｓ ｉ ｆ ｔ ｅ ｐ ｒ ｍ ｎｔ ｌｓ ｕ ｙ ｏ ｈ ｒ ｑｕ ｎｃ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｏ ｈ ｓ ｌ－ ｘ ｉｅ ｓ ｉｌ ｔｏ ｌｅ ｏ ｚ ｅ ｅ ｆｅ ｃ ｔ ｄ ｏ ｃ ｌａ ｉ ｎ ｐｕ ｓ ｄ ｎ ｚ ｌ
自激脉冲射流技术研究与应用进展
自激脉冲射流技术研究与应用进展作者：李君高传昌来源：《南水北调与水利科技》2013年第04期摘要：射流泵因具有结构简单、成本较低等一系列优点而被广泛应用于水利和航天等领域，但传质和传能效率较低的问题一直制约其快速发展和进一步应用。
不过近些年来的大量试验研究表明，自激脉冲射流技术产生的脉冲射流具有更大的冲击力，并可明显提高射流泵的效率。
在分析大量文献的基础上，介绍了脉冲射流产生的方法和他源式脉冲射流研究进展，重点阐述了自激脉冲射流的研究与应用进展、存在的主要问题和下一步的研究方向。
最后，针对目前我国水库清淤的现状和存在的问题，分析了将自激脉冲射流技术和人工异重流相结合，进行射流清淤等工程实践应用之前的研究工作重点。
关键词：射流泵；效率；冲击力；脉冲射流；自激振荡；射流清淤；人工异重流中图分类号：TV136.2；TP69文献标识码：A文章编号：1672-1683（2013）04-0187-04射流泵[1]是利用射流紊动扩散作用来传递能量、质量的流体机械和混合反应设备，已发展成为高新技术产业，且形成了一门新的学科——喷射技术[2]。
由于射流泵内两股不同压力的流体混合时产生较大的能量损失，因此射流泵的效率要低于叶片类型泵的效率[3]。
射流泵整体效率不高的问题一直制约着它的广泛应用，如何提高其传能与传质效率，一直以来都是国内外研究人员所关注的课题。
20世纪70年代以来，国内外研究人员主要通过两种途径来提高射流泵的效率：一是研制新型结构的射流泵，试验表明可以明显提高其效率，但结构复杂、工艺要求较高，并且制造和安装也比较复杂，所以发展比较缓慢；二是在射流泵装置上增加脉冲发生装置，采用非恒定射流来提高其传能与传质效率，比如“脉冲射流”、“振荡射流”等，研究人员对脉冲射流进行了大量的试验研究，结果表明采用脉冲射流比恒定射流的传能及传质效率提高了20%～30%，所以采用脉冲射流是提高射流泵效率的一种有效途径。
1脉冲射流概述产生脉冲射流的方法多种多样，从动力源来看有他源式和自激式。
一种自激式水力振荡器特性的研究及应用
第37卷第5期2009年9月 石 油 钻 探 技 术P ET RO LEU M D RIL LI NG T ECHN IQ U ESVo l 37,N o 5Sep.,2009收稿日期:2009 04 30;改回日期:2009 07 13基金项目:国家高技术研究发展计划( 863 计划) 声波防蜡降粘及解堵增产技术研究 (编号:2006AA09Z342)部分研究成果作者简介:张建国(1954 ),男,山东章丘人,1976年毕业于华东石油学院采油工程专业,教授,硕士生导师,主要从事物理法采油技术的研究。
联系电话:(0546)8391155863 计划专栏一种自激式水力振荡器特性的研究及应用张建国 宋 硕 马继业 王 方(中国石油大学(华东)石油工程学院,山东东营 257061)摘 要:喷注式声波发生器是一种以流体为动力源的自激式水力振荡器,能有效解决油水井生产过程中的地层堵塞问题,提高地层渗透率,恢复油水井正常生产。
但是,喷注式声波发生器工作参数的选择不当,往往是导致作业失败的主要原因。
通过室内模拟试验,研究了喷注式声波发生器的工作特性,得到了振动频率和振幅同喷嘴直径、谐振腔深和喷距等参数的变化规律,并对其工作参数进行了优化。
在孤岛油田进行了现场试验,效果显著,说明该声波发生器在现场施工中具有较好的应用效果及前景。
关键词:声波;解堵;实验室试验;自激振动;参数优选;孤岛油田中图分类号:T E934+ 9 文献标识码:A 文章编号:1001 0890(2009)05 0010 05声波解堵增注是指利用声波发生器在需要处理的地层部位产生机械振动波,通过介质传播到地层中,引起地层内流体和岩石颗粒的振动,以此来解除地层堵塞,疏通流体通道,达到解堵增注的目的[1 3]。
声波解堵增注的成败与否,关键在于声波发生器的工作状态[4 5]。
声波发生器存在三种工作状态:谐振态、准谐振态和非谐振态,其中谐振态是最佳的工作状态。
自激振荡脉冲射流动态特性的实验研究
ｂｓｄｏ ｅｒｌ ｅ ｘｅｉ ｅｔ ｆ ｍ ｗ ｉｈｔｅｒｓｌ ｃｅｒ ｈ ｗ ａ ｔｅｏｃｌ ｔ ｇｆ ｑ ｅｃ ｆ ｅ ｉ ｒａｅ ｉ ｈ — ａｅ ｎｔ ａ ｄｅｐｒ ｎ； ｏ ｈｃ ｅｕｔ ｌ ｌ ｓｏ ｓｔ ｔｈ ｓｉａ ｎ ｅｕ ｎｙｏ ｔ ｎ ｅｓｓｗｔ ｔｅｉ ｈ ｅｔ ｍ ｒ ｈ ａｙ ｈ ｌｉ ｒ ｊ ｃ ｈ ｎ
ｌ 厂 ＝ √
颈 部长 度 （ 。 ｍ）
（ １ ）
出一定频率的压力扰动波。该扰动波又以高速向上游
式中 ， 为系统 固有频 率 （ ｚ ；。为声速 （ ／ ） 厂 Ｈ） ｍ ｓ ；Ａ 为上喷嘴 出口面积 （ ；Ｖ为腔室 容积 （ ；Ｌ为 ｍ） ｍ） 本文基于实验方法初步分析 了自激振荡脉冲射流 动态特性中各参数对其频率的影响 ，为探讨提高射流 压力峰值提供理论方法 。
Ａｂｔａ ｔ ． ｅｉｔ ｒｌ ｉ ｓ ｉ ａ ｎ ｅｉ ｏｔ ｔ ａａ ｅ ｒ ｏ ｅｓｌ ｅｃｔ ｓｉ ａ ｏ ｕ ｅ ａ ｒ ｅ ｉ ｓ ｄｅ ｅｅ ｓ ｃ ： ｒ ｅ ｅａ ｏ ｈｐ ｍｏ ｇｔ ｒ ｈ ｎ ｒ ｔｎ ｈ ｍｐ ｒ ｎ ｒｍ ｔ ｓ ｆ ｈ ｅｆ ｘ ｉ ｄ ｏｃｌ ｔ ｎ ｐ ｌ ｄ ｗ ｔ ｔ ｓ ｔ ｉ ｈ ｒｉ ａ ｐ ｅ ｔ － ｅ ｌｉ ｓ ｅ ｊ ｕ ｄ ｎ
反射至上游入 口处 ，若此时压力波相位与射流初始振
荡相位一样 ，整个流体的振荡被叠加 、放大。重复上 述过程 ，即出现了 自激振荡 脉冲射流。文献 ［ ，２ １ ］ 对此做了详细的论述。 １ 自激振荡脉冲射流具有 结 。。 卫 构简单 、体积小 、无 附加 外驱动 机构和成本低 等优 点 ，被认为是一种很有发展 昀景的射流装置。 国内外学者大多从其产生机理进行研究 ，对于 自 激振荡脉冲射流频率特性的研究 ，由于其受复杂因素
自激振荡脉冲射流的研究与进展
自激振荡脉冲射流的研究与进展
高传昌;陈豪;雷霆
【期刊名称】《华北水利水电学院学报》
【年(卷),期】2009(030)003
【摘要】指出了自激振荡脉冲射流的产生机理,概述了国内外主要的研究和应用成果,并对这些成果进行分析后指出:目前的研究方法主要基于经验,基于理论或基于方法;目前主要的应用领域为石油钻井、油罐清淤和渔业充氧等.最后对进一步研究的方向和应用的领域作出了展望,可为相关研究参考.
【总页数】4页(P41-44)
【作者】高传昌;陈豪;雷霆
【作者单位】华北水利水电学院,河南,郑州,450011;华北水利水电学院,河南,郑州,450011;华北水利水电学院,河南,郑州,450011
【正文语种】中文
【中图分类】TP601
【相关文献】
1.双腔室自激振荡脉冲喷嘴空化射流外部流场的数值模拟 [J], 戚美;王立夫;赵见龙;鞠永恒;付琪琪
2.自激振荡脉冲射流喷嘴的修正空化模型 [J], 汪朝晖;陈思;邓晓刚;王在良
3.自激振荡脉冲射流的声振特性分析 [J], 赵韡; 祝锡晶; 侯帅豪; 冯昕宇
4.双腔室自激振荡脉冲喷嘴空化射流的数值模拟 [J], 刘印;孙鲁杰;李哲;王云翔
5.双腔室自激振荡脉冲喷嘴空化射流的数值模拟 [J], 戚美;王立夫;陈庆光;赵见龙;鞠永恒;付琪琪
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气举用脉冲进气自激振荡空气喷嘴数值模拟与试验研究
气举用脉冲进气自激振荡空气喷嘴数值模拟与试验研究唐川林;梁晶晶;胡东;杨凤玲;程宏贵【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2024(43)12【摘要】气举(气力泵)广泛应用在海洋采矿、钻孔水力开采、深水清淤等场合,越来越引起用户的重视。
国内外学者对提升气举效率做了不少探索性研究,提出了脉冲进气是有效提升气举效率的途径之一,据此,提出一种亥姆霍兹式空气喷嘴,通过此喷嘴产生脉冲射流作为气举的进气方式,达到改善气举性能的目的。
依据波涡理论,分析了自激振荡脉冲射流的产生机理;运用Fluent软件,对自激振荡空气喷嘴内流场进行了数值模拟,基于仿真结果进行试验研究。
研究表明:结构参数和运行参数对射流特性影响显著。
在入口压力为3 bar(1 bar=1×10~5 Pa),腔长L=64 mm,频率为8 Hz情况下,压力脉动波动差值和幅值最大,产生的空气脉冲射流最显著;幅值随腔长的增大先上升后下降。
数值模拟与试验结果一致。
研究成果可为空气脉冲射流与气举一体化的工程应用提供参考,具有较高的工程应用价值。
【总页数】7页(P30-35)【作者】唐川林;梁晶晶;胡东;杨凤玲;程宏贵【作者单位】湖南人文科技学院能源与机电工程学院;湖南人文科技学院水射流实验室;娄底潇湘职业学院汽车机电工程学院【正文语种】中文【中图分类】TH4【相关文献】1.自适应返气装置的数值模拟与试验研究2.天然气发动机燃烧和排放数值模拟与试验研究3.二冲程汽油机扫气过程的CFD数值模拟与试验研究4.潜水自引气曝气机的数值模拟与试验研究5.异形气雾罐的数值模拟与试验研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
自激振荡脉冲射流提高PDC钻头机械钻速实践
ｏ ｔ ｙ ａ ｘ ｌ ｒ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｕ ｕ ｉ ａｙ ｅ ｕｐ ｎ ． ｎ ａ ｉ
Ｋ ｙｗ ｒ ｓ ｓｌｅｃ ｅ ｓｉａ ｏ ， ｕｓｄｊｔ Ｐ Ｃ ｄｉ ｉ ｐｎｔ ｔ ｎｒｔ ｅ ｏｄ ： ｅ－ｘｉｄｏｃ ｔｎ ｐ ｅ ， Ｄ ｒ ｂｔ ｅｅｒ ｏ ｅ ｆ ｔ ｌｉ ｌ ｅ ｌ ； ａ ｉ ａ
１ 概述
我们 于 ２０ ０７年 １月 在江 汉 油 田总 ３斜 一３—６
井 和万 １ ２斜 一１ 井两井 中硬 地层 试验 了 ２只 ８ Ｍ
—
利用 自激振 荡 脉 冲射 流理 论 ， 研制 自激 振 荡脉 冲射 流装 置 ， 装 在 Ｐ Ｃ石 油 全 面钻 头上 面 ， 行 安 Ｄ 进 油 田钻孔 生产实 践在我 国还属先 例 。它是将 泥浆泵 提 供 的连 续射流 ， 过 脉 冲装 置 内 的特殊 腔 室边 界 通 条件 的碰 撞产生 压 力振 荡 波 ， 形成 强 烈 的 自激振 荡 脉 冲射流 。 根据 实 验 发现 这种 射 流有 较 大 的变压 特性 ， 在 相 同条件 下 ， 与现有 的普通 喷嘴 比较 ， 脉冲射 流十分
同直径 的实践应用表 明， 新型 自激振荡脉 冲射流 Ｐ Ｃ石 油钻 头与普通 Ｐ Ｃ钻头相 比， Ｄ Ｄ 机械钻速提高 １ ％ 一 ０ ； ０ ３％ 钻头寿命 大幅度提高 ； 破碎岩屑颗粒粒径增 大 ２～ ４倍 ， 扩大了勘探油井 Ｐ Ｃ钻头使用范 围； Ｄ 有效地 防止 了钻头“ 泥
低压大流量自激式脉冲射流喷嘴装置性能参数试验研究
压 大 流量 自激 式脉 冲射 流 喷 嘴装置 结 构参数 和 运行 参 数对 脉 冲射 流 打击 力 的影 响关 系 ， 讨 低 压 大 流 探 量 自激 式 脉 冲射流 喷 嘴装 置产 生脉 冲射 流 的最 佳结
构 参 数 配 比关 系 ．
自激 振荡 腔
其 原 理为 ： 当一股 射 流或 剪切 流 向下 游 流动 时 ， 射 流 中一 定频 率 范 围 内 的 涡 量 扰 动 得 到 放 大 ， 剪 在 切 层 中形 成一 连 串离 散 涡 环． 当其 到 达 碰 撞 壁 并 与 之相 互作 用 时 ， 碰撞 区产生 压力 振 荡波 ， 波 向上 在 该 游 传播 ， 诱 发新 的涡 量 脉动 ． 分离 区的压 力脉 动 又 若
性 能参 数 方面 研究 主要 局 限 于 高 压小 流 量方 面 ， 对 于低压 大 流量 方 面 ， 少有 报道 ． １为 自激 式 脉 很 图
冲射流 喷 嘴装 置结 构简 图 ， 中 ｚ 为上 喷 嘴 入 口前 图 ，
直 管段 长 度 ， ｚ 下 喷嘴 长 度 ， 为 上 喷 嘴 直径 ，： 为 ｄ ｄ
相 互 为 反 相 ， 会 形 成 涡 量 扰 动 一 放 大 一 新 的 涡 量 就
一 一
／
下
ｒ
Ｉ ｊ， ，
ｌ ／
脉 动产 生 的循 环过 程 ． 过 程 不 断 重 复 形 成 强 烈 的 该 自激式 脉 冲射 流 ． 自激 式 脉 冲 射 流 装 置 具 有 结 构 简单 、 体积 小 、 附加 外 驱 动机 构 和成 本 低 等优 点 ， 无 被 认 为是 一种 很有 发展 前 景 的射 流装 置 ． 国 内外 学 者大 多从 自激式 脉 冲射 流发 生 机理 方
自激荡射流 文档 (3)
自激荡最新型脉冲水射流自激振荡磨料射流是在自激振荡脉冲射流和混合磨料射流基础上，提出的新型射流。
为此，对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。
从本世纪60年代开始，各国专家对脉冲水射流进行了大量的理论探讨和试验研究，现已广泛应用于石油钻井、表面清洗等场合。
脉冲水射流分阻断式、挤压冲击式和激励式三种类型，其中自激振荡脉冲射流最有发展前途。
自激振荡脉冲射流是利用射流的不稳定流动特性，通过调整连续水射流的流动参数和结构参数，对射流的涡量扰动进行闭环反馈和放大，将连续射流改变为压力脉动的冲击式射流，射流作用在靶体材料上的力为按一定频率周期性变化的高频冲击载荷。
试验和现场应用证明，这种冲击力是连续水射流滞止压力的(1.5～2.5)倍，大大地提高了对靶体材料的冲蚀破坏作用。
我公司在石油工业中采用自激振荡脉冲射流喷嘴的牙轮钻头，在相同条件下可提高油井钻速(15～50)%，提高钻头进尺(10～15)%，每只喷嘴节省直接钻井成本为(1.40～2.5)万元。
80年代出现了磨料射流，磨料射流对靶体材料的冲蚀和切割性能大幅度提高，其中前混合磨料射流的切割效果尤为显著，系统压力可降低两个数量级。
自激振荡磨料射流（自激振荡脉冲射流和混合磨料射流相结合）的研究成果：射流中磨粒的最大速度提高了2.5倍，卷吸能力提高1倍，磨料粒子能够进入射流束中心，与连续磨料射流相比切割速度提高2倍，大大地提高了射流的工作能力。
众所周知，后混合磨料射流的切割能力远远低于前混合磨料射流，为了进一步提高射流的切割和冲蚀效果，我公司研制一种自激振荡脉冲射流和前混合磨料射流相结合而形成的新型射流——自激振荡磨料射流。
自激振荡脉冲清洗射流研究及应用现状
专论尚综造清洗世界C l eani ngW or l d第29卷第1期2013年1月文章编号：1671—8909(2013)1-0029—04自激振荡脉冲清洗射流研究及应用现状杨家林1，周利坤1，冯彦辉2(1．武警工程大学，陕西西安7100862．武警黑龙江总队运输油料处，黑龙江哈尔滨150086)摘要：自激振荡脉冲射流的发展是一个理论研究和试验研究相结合的发展过程。
首先概述了国内外有关自激脉冲射流的理论研究现状和实验研究现状，而后主要介绍了它的应用现状，特别是在油罐清淤方面的应用，最后对下一步研究的方向和应用的领域作出了展望。
关键词：清洗；脉冲射流；自激振荡中图分类号：T H l 37文献标识码：AR e se ar ch and appl i cat i on s i t uat i on of t he se r f -e xc i t e d os ci l l at i on cl eani ng j etY A N G Ji a l i nl ，Z H O U L i kunl ，FE N G Yanhui 2(1．E ngi neer i ngU ni ver s i t y of C A PF ，X i ’an ，Shaa nxi 710086，C hi na ；2．T he D epar t m e nt f orO i lTr anspor t at i on ofH ei l ongj i angD i vi s i on ofC A PF ，H a ’er bi n ，H e i l ongj i ang 150086，Chi na)A bst ract ：T hedevel opm ent of t he Se r f —exc i t ed osci l l at i on pul se djeti s t he pr ogr es s ofat heo r et i calr esea r ch and exper i m e nt a l r esear ch ．Fi r s t l y ，i t s um m a r i z es t he dom e st i c and f or ei gn r el at ed sel f —ex-ci t ed pul sejett heor y r esea r ch and exper i m e nt a l r es ear ch pr es ent si t uat i on ，a nd t he n m ai nl y i nt r o —duc es t he pr es ent s i t uat i on of t he appl i cat i o n of i t ，es peci al l y i n t he t ankdes i hi ng appl i c at i ons ，andf i nal l y pr edi c t t henex ts t ep f or t he r esea r ch di r ect i on and 印pl i cat i onf i el d ．K ey w or ds ：cl eani ng ；pul sej et ；sel f —exci t edos ci l l at i on自激式脉冲射流是流体在合适的流体结构中产生自激振荡，将射流的初始式反馈放大，使持续作用能量转化为间断作用能量，在这一过程中流体能量得到聚焦，然后间断性释放出来，形成瞬时能量比连续射流量高几倍的脉冲射流[1-2]o 它是利用流体动力学、水力学、流体共振和液体弹性原理而发展起来的一种新型高效脉冲射流。
自激振荡脉冲射流式增氧机机理及实验研究
了制造成本。然而采用短混合管， 又不能充分利 用射流的能量 ， 也造成能耗浪费 。 儿 正是由于这些不足 ， 使其在实际应用 中， 往往
需要 额 外 的动 力 或 设备 支 出 ， 以减 小 或 消 除这 些 不足 。如何 提高 增 氧 机 的充 氧 性 能 ， 当前 增 氧 是
基金项 目： 国家 自然科学基金项 目资助 （９ ７０ ３ ） ５ ８ ４３ ７
其中（ ） ２ 式中的 １ ／ｔ表示参与传质作用的气 液两相接触面的更新速度（ ） ｔ 越小 ， ｈ ， 更新速 度 就越 快 ， 就越 大 。 式（ ） １ 中的参数 Ｋ 。， 表示在单位时问里 ， 单 位传质推动力向单位液体 中转移 的氧量 ， 即充氧 过程中氧的总传递 性能。当传递 过程 的总阻力 大 ， Ｋ。 值低 ， 之则 Ｋ。 则 ａ 反 ａ值高。它反 映充氧 系统的充氧性能 ， 是衡量 充氧系统效率 的一个重 要参数 ， 评价曝气充氧速度的一个重要参数。 公式（ ） ３ 表 明， 液两相 面作用 面积 ， ２ （） 气 以 及该两相面 的更新 速度都直接对 传质速度 有影 响。而通过形成微 细的气泡 ， 能增大总传质接触 面积 Ａ； 通过产生强烈 的紊流 ， 可促进界面更新 ， 则提高 。 ； 的值 这都可提高传质系数。
摩擦 消耗 ， 因而降低 了增 氧机 的动力 效率 ， 还提 高
ＫＬ ａ（Ｃ 一Ｃｔ ）
（） １
式中： ＫＬ 氧 总传质 系数 ，ｈ ０一 ／；
一
在单位时间内向单位容积液体中转移
的氧量 ， ｇ （ ｈ ； ｍ ／ Ｌ・ ） Ｃ 一该温度下液相中的气
相饱 和 浓度 ， ｇＬ Ｃ 一 ｔ 间 液相 中氧 的浓 度 ， ｍ／ ； 瞬
不同围压下自激吸气脉冲射流喷嘴吸气性能的试验研究
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 人 口条 件 下 各 结 构 参
Ｖ ｏ １ ． ３ ５ Ｎ ｏ ． ６
Ｄｅ ｃ ．２ ０ １ ４
ＤＯＩ ： １ ０． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ２—５ ６ ３ ４ ． ２ ０１ ４ ． ０ ６． ０ １ ７
不 同 围压 下 自激 吸气 脉 冲 射 流 喷 嘴 吸 气 性 能 的 试 验 研 究
主要 载体 ， 试验前 将 自激 吸气脉 冲射流 喷嘴装置 置于
压力容器罐 内．
喷 嘴 的吸气 性能 是影 响 自激脉 冲射 流效 果 的重 要 因素 ． 影 响 自激脉 冲射 流 装 置 吸气 效 果 的 因素 主
要 包括 结构 参数 和 运 行参 数两 方 面 ． 国 内 外 学 者 对
自激振 荡脉 冲射 流装 置结 构参 数优 化方 面进 行 了大 量 研究 “ ， 对 自激 吸气 脉 冲射 流 喷 嘴 的吸 气 性 能 也 进行 了初 步研 究 ， 但 都 没 有 详 细研 究一 定 入 口 且 深 水条件 下 无量 纲吸 气 量 （ 吸 气量 ／ ３ ２ 作流量） 随 各 结 构参 数和 运行 参 数 配 比的 变化 规 律 ． 笔者 运 用
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．
自激振荡脉冲水射流喷嘴数值模拟及实验研究
理Ｉ ＾， 研发 ， 设计 ， 制 造
自 激振荡脉冲水 射流喷嘴 数值模拟及实 验研究
李 纲 。 胡 东 （ １ ． 中联 重 科 股 份 有 限 公 司 ， 长沙 ４ １ ０ ０ ０ ７ ２ ． 湖 南 工 业 大学 机 械 工 程 学 院 ， 湖南 株洲 ４ １ ２ ０ ０ ７）
时 均运 动方 程 为
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机械工程师 ２ ０பைடு நூலகம்１ ４ 年 第１ ｏ 期？ ７ １
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理论 ， 研发 ， 设计 ， 制造
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方 向和 速度 分量 （ ｉ 、 ＝ Ｊ ， ２ ， ３ ） ； － ｐ
对 自激振 荡 喷 嘴具 有 良好 的适 应 性 。 进 行求 解 。入 口边 界条 件设 置 为压 力入 口 ， 出 口边 界 条件
设 置 为压 力 出 口 ， 其 他 为对 称轴 和 壁面边 界 条件 。
其中 ， 对 称轴 边 界条件 满足
： ：
就 整 体 而青 ，对 白激 振 荡脉 冲喷 嘴 的研 究 虽取 得 了
它不需要激振源 ， 也无动密封 ， 而是依靠 喷嘴 自身结构特 的 仿 真 结 果 可 知 ， 性将射流 南连续射流调制成一种新型脉冲射流形式 。 重庆 大学 廖振方 、 唐 川 林等 一 从 自激 振荡 机 理 出发 ，
ｊ 碰 撞 壁 形状 对 射 流 振荡 机 理及 效 果 的 影 响规 律 ，并 将
响， 采 用
果表 明 ： ｍｍ 时 ，
０ 引 言
形 网格平铺成结构
由之 前 对 喷 嘴
标 准 一 模 型 对 本
低压大流量自激振荡脉冲射流喷嘴结构参数优化研究
低压大流量自激振荡脉冲射流喷嘴结构参数优化研究
王乐勤;王循明;徐如良;李江云
【期刊名称】《流体机械》
【年(卷),期】2004(032)003
【摘要】通过对上喷嘴直径分别为8mm和10mm的低压大流量自激振荡脉冲射流喷嘴系统的试验研究得到了其结构参数的最佳配比关系,并与以往高压小流量自激振荡脉冲喷嘴优化的结构参数配比相比较,阐明了引发差异的原因.试验结果对自激振荡脉冲射流喷嘴结构的设计具有指导意义.
【总页数】5页(P7-10,31)
【作者】王乐勤;王循明;徐如良;李江云
【作者单位】浙江大学,浙江杭州,310027;浙江大学,浙江杭州,310027;浙江大学,浙江杭州,310027;浙江大学,浙江杭州,310027
【正文语种】中文
【中图分类】TH137
【相关文献】
1.低压大流量自激式脉冲射流喷嘴装置性能参数试验研究 [J], 高传昌;雷霆;王好锋;陈艳
2.影响自激振荡脉冲射流性能的喷嘴结构参数研究 [J], 葛兆龙;周哲;卢义玉;夏彬伟;汤积仁
3.自激振荡脉冲射流喷嘴结构优选试验研究 [J], 李玮;纪照生;刘景宇;李显义
4.自激振荡脉冲喷嘴结构参数配比试验研究 [J], 王乐勤;王循明;徐如良;李江云
5.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 [J], 高传昌;唐林钧;胡亚州;曾新乐;黄丹
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自激振荡射流喷嘴研究进展
作者：李振华
来源：《中国科技博览》2014年第16期
【摘要】论文总结了自激振荡射流的特点及应用，阐述了自激振荡脉冲射流的产生机理和喷嘴设计关键，分析了自激振荡脉冲喷嘴的频率特性，指出了自激振荡脉冲射流喷嘴的发展方向。
【关键词】自激振荡射流频率特性喷嘴雾化
引言
多年来，人们对流体自激振荡技术已经进行了较深入的研究，如D.Rockwell[1，2] 、Conn[3]、廖振方[4]、沈忠厚[5]、李根生等，流体自激振荡一方面会引起诸多不良效果，如剥蚀、噪声、激振等，另一方面，也可利用其强大的破坏作用和振动实现一定的工作目的，典型的应用有自激振荡脉冲射流钻头、自激振荡波动注水、自激振荡水力解堵、自激振荡射流清洗、自激振荡切割、自激振荡强化传热等。
在多种工况中，喷嘴设计是成功应用震荡射流的关键。
国内外对自激振荡射流的研究主要关注射流的结构、产生的机理以及频率特性等，对于喷嘴的设计还没有系统的方法，设计精度和可靠性不够。
1 . 自激振荡脉冲射流工作原理
根据边界层理论和涡旋理论，1986年廖振方教授提出了利用流体的自激振动产生脉冲射流的理论[4]。
当一股射流或剪切流向下游流动时，射流中一定频率范围内的涡量扰动得到放大。
在剪切层中形成一连串离散涡环，当其到达碰撞壁并与之相互作用时，在碰撞区产生压力振荡波，该波以声速向上游传播，又诱发新的涡量脉动。
若分离区与碰撞区的压力脉动相互为反相，就会形成涡量扰动-放大-新的涡量脉动产生的循环过程。
该过程不断重复，就会形成强烈的自激振荡脉冲射流。
2. 自激振荡喷嘴设计关键
由于流体共振是靠自激产生的，是无源自振。
根据水声学原理，共振驻波的频率与射流临界自激结构频率相近，该频率值由喷嘴的临界斯特罗哈（Strouhal）数确定，但是，精确的共振频率值取决于谐振腔的入口截面和出口截面的收缩程度。
因此，谐振腔的设计，首先必须计算出谐振腔的固有频率，然后根据自激压力振荡可能发生的激励频率（射流临界自激结构频率）设计出合适的谐振腔尺寸。
振荡腔腔长越大，固有频率越小，存在产生最大谐振峰值的最佳腔长。
自激振荡喷嘴的设计应使喷嘴系统的低通频带包含来流的主频带，并使喷嘴的固有频率接近来流脉动主频，系统的阻尼比小和放大倍数大，才能获得更好的压力振荡效果。
文献[5]的研究表明：自激振荡腔能够放大腔内存在的压力扰动的频率是离散的，即：压力扰动的频率是自振腔固有频率的整数倍或与之相等时，谐振便可产生。
3. 自激振荡冲射流的频率特性
在自激振荡脉冲射流中，射流的振荡频率直接影响射流的空化效果和冲蚀能力，自激振荡脉冲射流的频率特性由喷嘴结构和射流本身特性两方面决定，如果流体的激励频率与喷嘴结构的固有频率特性相匹配，射流的压力振荡会更剧烈，冲蚀效果更佳。
其中结构参数主要包括上、下喷嘴直径，下喷嘴锥度、腔径和腔长；而运行参数主要是指上喷嘴的入口压力。
传统的方法是从水声学的角度对自激振荡脉冲射流喷嘴进行分析建模。
得到自激振荡腔室的固有频率表达式为。
基于简化后的水声学模型过于粗糙，所考虑的因素很不全面。
目前国内外的许多学者分别从多个角度研究了该型喷嘴的频率特性。
重庆大学的廖振方[11，12]教授等另辟蹊径根据相似理论建立了自激振荡脉冲射流装置的流体网络模型，研究了结构参数以及流体参数对其频率特性的影响。
他们利用基于相似原理的流体网络理论建立的结构模型和网络模型如图1和图2所示，图中为管路直径；为腔室直径，为上喷嘴直径，为下喷嘴直径，为管路长度，为腔室长度，r1、r2代表喷嘴的上下喷嘴的流动阻力，；为喷嘴前管路流感，；为振荡腔室流容，。
图1 振荡喷嘴结构模型
可以得出喷嘴频率特性是非线性的，对不同频率的来流输入，喷嘴输出压力响应不同，具有压力谐振特性和低通滤波作用，在系统固有频率附近，响应幅值最大；不同的流体压力对应不同的系统固有频率，压力大则固有频率也较高，但不同压力时系统的谐振峰值基本不变。
图2喷嘴等效网络模型
由于射流振荡频率受压力波波速直接影响，而波速与振荡腔室的结构和射流本身特性的有关。
振荡腔内碰撞剪切流动中的波速对自激振荡脉冲射流的频率影响较大，波速减少使频率减少；射流的频率随压力的增加而增大；流体中气体含量由于对波速的影响很大，因此对喷嘴的频率特性影响同样很大。
4 . 自激振荡喷嘴研究方向
（1）多种射流的综合与叠加，改变单一的射流模式，将多种射流模式结合在一起，集合磨料射流、空化射流、脉冲射流的优势，优化射流参数，提高射流效果。
（2）改善目前研究不足的现状，强化自激振荡喷嘴的理论研究，提高喷嘴固有频率计算精度，提高喷嘴稳定性，优化喷嘴参数，特别是在满足工程需求的前提下，尽可能降低喷嘴压力，在适当的喷嘴压力下，形成足够打击力的喷射流动。
（3）将自激振荡射流应用于雾化领域，利用一种流体的动压头使沿相反方向运动的另一股流体射流失稳，进而使液体破碎成液带和液滴，叠加上射流的震荡和空化作用，能够形成高效的撞击式雾化喷嘴，可显著简化喷嘴结构，提高液体射流撞击雾化和混合效果。
参考文献
[1] Rockwell D. Prediction of Oscillation Frequencies for Unstable Flow Past Cavities. ASME. Journal of Fluids Engineering. Vol.99， 1977： 294～300.
[2] Rockwell D. Naudascher E. Review Self-sustaining Oscillating of Flow Past Cavities. ASME. Journal of Fluids Engineering. Vol.100， 1978： 152～165.
[3] Johson V.E. Conn A.F. The Development of structured Cavitating Jet for Deep hole Bits[C]. SPE 11060， 1982.
[4] Liao Z F， Huang D S1 Nozzle Device for the Self–Excited Oscillation of a Jet [C]. Proceedings 8th Int.. Symp On Jet Cutting Technology.1986.。