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水射流冲击非平整岩层损伤机理模拟研究
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作者 刘宏梅 王文龙 +2 位作者 何景强 张海建 李发旭 《振动与冲击》 北大核心 2026年第5期265-272,共8页
水射流破岩是近年来兴起的一种新型破岩方法,其高效环保、适用性强,已广泛应用于采矿及勘探领域。为研究水射流冲击下非平整岩层内部应力与损伤机理,采用光滑粒子流体动力学方法与有限元方法耦合算法建立了射流冲击非平整岩层数值模型... 水射流破岩是近年来兴起的一种新型破岩方法,其高效环保、适用性强,已广泛应用于采矿及勘探领域。为研究水射流冲击下非平整岩层内部应力与损伤机理,采用光滑粒子流体动力学方法与有限元方法耦合算法建立了射流冲击非平整岩层数值模型并进行求解模拟。结果表明:岩层表面凸起一侧与射流率先接触并出现损伤,产生的径向裂纹呈非对称扩展;水射流冲击产生的应力波传播靠近流固接触面的岩层凸起一侧,岩层内部不同时刻下的应力峰值均产生于5 mm深度范围内,在岩层内部轴向深度超过10 mm后,应力传播平稳并缓慢下降;流固接触面失效形式主要为剪应力作用下的剪切失效,初始裂纹形成区主要受压剪应力共同作用产生破坏,并存在微小拉应力的影响,裂纹扩展区失效形式为拉伸失效,压应力、剪应力未对岩层造成明显影响。该研究对射流冲击复杂岩层开采作业具有一定的理论意义及工程应用价值。 展开更多
关键词 水射流 裂纹损伤 数值模拟 损伤机理
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合成双射流结合不同金属-水的微米流体的强化换热研究
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作者 于新莹 康赢 +3 位作者 罗振兵 邓雄 程盼 王杨肖 《国防科技大学学报》 北大核心 2026年第1期69-77,共9页
为提高临近空间飞行器电子设备系统散热能力,解决集成化、微型化电子设备芯片高热流密度的问题,针对合成双射流激励器、微米颗粒两相流及二者的结合开展换热性能的研究。对合成双射流激励器增强换热能力机理进行分析,并对合成双射流激... 为提高临近空间飞行器电子设备系统散热能力,解决集成化、微型化电子设备芯片高热流密度的问题,针对合成双射流激励器、微米颗粒两相流及二者的结合开展换热性能的研究。对合成双射流激励器增强换热能力机理进行分析,并对合成双射流激励器与铜-水微米流体管内流动过程进行建模,运用单欧拉模型模拟分析五种颗粒体积分数对流体强化换热能力的影响,还对铜-水、氧化铜-水、氧化铝-水微米流体进行了数值模拟。结果显示:合成双射流激励器能增强流体换热能力,换热能力随微米颗粒体积分数的增加而提高;不同金属颗粒种类的两相流换热能力不同,随金属颗粒导热性能变化。当微米颗粒流体为颗粒体积分数为8%的铜颗粒时,开启合成双射流激励器后芯片温度由328.225 K降低至303.816 K。 展开更多
关键词 合成双射流 微米流体 两相流 强化换热 数值模拟
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重泥沙条件下冲击式水轮机的冲蚀及磨损特性
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作者 虎雪洁 郭涛 +1 位作者 孙震 罗竹梅 《排灌机械工程学报》 北大核心 2026年第1期10-17,共8页
为探究含沙三相流对冲击式水轮机过流部件的冲蚀磨损特性,对四喷嘴冲击式水轮机进行数值模拟,并对比分析单喷嘴、双喷嘴和四喷嘴最优工况下泥沙粒径对喷射机构和水斗工作面冲蚀速率的影响.结果表明:配水环管作为将流体分配到各喷嘴的机... 为探究含沙三相流对冲击式水轮机过流部件的冲蚀磨损特性,对四喷嘴冲击式水轮机进行数值模拟,并对比分析单喷嘴、双喷嘴和四喷嘴最优工况下泥沙粒径对喷射机构和水斗工作面冲蚀速率的影响.结果表明:配水环管作为将流体分配到各喷嘴的机构,在分岔口的内外两侧出现低压区和高压区,产生迪恩涡;迪恩涡随着流体流动进入喷射机构,同时由于喷射机构内部导流板的存在,喷针发生局部冲蚀速率过大;喷射机构和水斗工作面的磨蚀主要发生在喷针部位和水斗出水边以及分水刃,并且平均冲蚀速率和最大冲蚀速率都随泥沙粒径的增大而增大,水斗的冲蚀速率曲线更加具有规律性;在不同最优工况下,单喷嘴条件下射流速度最高,其对喷射机构和水斗的磨蚀显著高于其他最优工况,说明流体速度对冲蚀有着关键性作用. 展开更多
关键词 冲击式水轮机 多相流 磨蚀特性 数值模拟
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基于PIV测量的低斯托克斯数载粒子射流速度演变实验分析
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作者 李庆展 梁振杰 +4 位作者 李泳耀 曾怡 刘宇飞 江磊 王维 《工程热物理学报》 北大核心 2026年第1期211-224,共14页
为系统全面地了解低斯托克斯数载粒子射流(low-Stokes-number particle-laden jet,LSPJ)的动力学特性,以及开展进一步的研究补充验证泰勒流体粒子理论对更小粒子情况下载粒子射流的适用性,搭建了LSPJ实验台,采用粒子图像测速法(PIV)分... 为系统全面地了解低斯托克斯数载粒子射流(low-Stokes-number particle-laden jet,LSPJ)的动力学特性,以及开展进一步的研究补充验证泰勒流体粒子理论对更小粒子情况下载粒子射流的适用性,搭建了LSPJ实验台,采用粒子图像测速法(PIV)分别进行了六组不同初速度下的宏观大尺度和介观尺度测量实验。得到了两种尺度下LSPJ的粒子瞬时、平均和脉动速度,对比分析了其演变规律。基于实验数据和文献预测了泰勒流体粒子理论对更小粒子情况下的速度衰减。结果表明,沿射流中心线的粒子平均速度和脉动速度均呈现出先增大后减小的衰减趋势,混合夹带和高低速过渡使得喷嘴出口处的脉动速度的增大趋势更加明显;喷嘴附近的平均速度场呈现出中间较大、边缘和过渡区较小的“锥形”分布,脉动速度场则相反。不同实验参数下的泰勒流体粒子理论模型预测值和实验值吻合较好,最大累积误差为4.42%。射流下游的横向剖面速度在x/D大于10时表现出较强的自相似性。研究结果可为发动机喷雾燃烧等相关实际应用研究提供基础。 展开更多
关键词 载粒子射流 低斯托克斯数 速度场 粒子图像测速 发动机
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自由射流中类孤立波相干结构的Reynolds数效应
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作者 胡子渊 蔡庆东 杨延涛 《气体物理》 2026年第1期13-24,共12页
为探究Reynolds数对圆管自由射流中类孤立波相干结构(soliton-like coherent structures,SCS)的调控机理,在Reynolds数2000~6600范围内开展了一系列直接数值模拟。结果显示,Reynolds数变化虽未改变时均射流的整体结构,但显著影响其动量... 为探究Reynolds数对圆管自由射流中类孤立波相干结构(soliton-like coherent structures,SCS)的调控机理,在Reynolds数2000~6600范围内开展了一系列直接数值模拟。结果显示,Reynolds数变化虽未改变时均射流的整体结构,但显著影响其动量输运:低Reynolds数下射流中心线速度衰减更快,但径向扩展更缓。在所有工况下,SCS均出现于高、低速交错区,其核心的类孤立波结构形态在不同Reynolds数下保持稳定,且越靠近射流中心,SCS形成位置越早、振幅越大、数量越多。随着Reynolds数升高,SCS的出现位置总体向上游移动,数量增多。Lagrange物质面追踪和相关性分析证实,SCS具备类孤立波性质,且发展过程中会诱导两侧剪切层中旋涡生成,而高Reynolds数下,SCS更早失稳并破碎。研究表明,Reynolds数虽未改变SCS的核心类孤立波结构形态,但通过调控流动的惯性效应与黏性耗散平衡,系统地影响了其生成位置、数量、稳定性等演化参数,进而塑造了自由射流的转捩路径。 展开更多
关键词 自由射流 类孤立波相干结构 直接数值模拟 Lagrange示踪 相关性分析
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超高压水射流自驱旋转喷头空间布局优化
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作者 赵文涛 陈正寿 +2 位作者 陈源捷 杜炳鑫 谭小利 《中国机械工程》 北大核心 2026年第3期624-633,644,共11页
为提高超高压水射流旋转喷头水动力性能与除锈效率,提出了一种基于粒子群优化算法的布局优化策略。通过分析旋转喷头的运动特征,建立了扫掠冲击轨迹模型、累计冲击持续时间模型和自驱旋转模型,其中,自驱旋转模型揭示了喷嘴布局对自旋转... 为提高超高压水射流旋转喷头水动力性能与除锈效率,提出了一种基于粒子群优化算法的布局优化策略。通过分析旋转喷头的运动特征,建立了扫掠冲击轨迹模型、累计冲击持续时间模型和自驱旋转模型,其中,自驱旋转模型揭示了喷嘴布局对自旋转速度的影响,并为冲击角设定提供理论依据。以水射流能量分布均匀性和扫掠冲击宽度为衡量标准,构建了双目标优化模型,并采用粒子群优化算法求解最佳喷嘴空间布局;结合自驱旋转模型确定对应冲击角参数。最后,以浙江修造船企业常用的“一”字形16喷嘴旋转喷头为例,进行了实际优化试验,结果表明,经优化后喷头的扫掠冲击能量分布均匀度较原设计提高了22.81%,除锈效率提高了约11.2%。 展开更多
关键词 超高压 冲击射流 布局优化 除锈效率 粒子群优化算法
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亚声速冲击射流流场特征与冲击纯音噪声机制数值模拟研究
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作者 李号 蒋树杰 +2 位作者 章荣平 杨小权 梁宇翔 《航空动力学报》 北大核心 2026年第1期176-191,共16页
冲击射流噪声是战斗机和舰载机起降过程中关注的焦点问题,但亚声速冲击射流中冲击纯音的产生机制尚不明朗。针对压比为1.69、冲击距离为3倍喷口直径的冲击射流为研究对象,采用大涡模拟方法捕捉近场流动,结合声比拟模型预估远场噪声,并... 冲击射流噪声是战斗机和舰载机起降过程中关注的焦点问题,但亚声速冲击射流中冲击纯音的产生机制尚不明朗。针对压比为1.69、冲击距离为3倍喷口直径的冲击射流为研究对象,采用大涡模拟方法捕捉近场流动,结合声比拟模型预估远场噪声,并利用拓展亥姆霍兹分解和主相关分解方法分析近场流动与远场噪声间模态特征关联。结果表明:受到冲击板影响,流场中出现超声速区域,并形成了激波格栅;冲击射流声学模态呈现轴对称形式;远场噪声的冲击纯音与近场的激波高度相关,其相关模态结构表现为从冲击区域逐步向外扩散的波,传递过程连接平板上的涡结构与自由射流段的激波结构;近场压力场相对于速度场对噪声的影响占主导作用;冲击区域内正负交替的模态幅值是冲击纯音产生的重要原因。该研究阐明了亚声速冲击射流噪声的产生与传播机理,为冲击射流噪声的控制与优化设计提供了理论依据。 展开更多
关键词 冲击射流 声场分解 拓展亥姆霍兹分解 主相关分解 非定常流
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旋流分离器内近壁面粗颗粒对微米级粒子的扰动研究 被引量:1
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作者 张静 程思淼 +2 位作者 王绍哲 龚斌 张静怡 《北京化工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期31-39,共9页
为了研究旋流分离器内不同粒径颗粒间的相互作用以及粗颗粒对分离效率的影响,将分离器内入口局域流动简化为附壁射流,粗颗粒理想化为刚性球体,利用大涡模拟和离散相模型耦合的计算方法,研究了球体与壁面的间隙比为0.125、0.25和0.5的条... 为了研究旋流分离器内不同粒径颗粒间的相互作用以及粗颗粒对分离效率的影响,将分离器内入口局域流动简化为附壁射流,粗颗粒理想化为刚性球体,利用大涡模拟和离散相模型耦合的计算方法,研究了球体与壁面的间隙比为0.125、0.25和0.5的条件下近壁面球体对微米级粒子的扰动。结果表明:在射流特征衰减区内(周向20°~75°)流场呈现大幅度波动;在周向20°~30°范围内,随着间隙比增大,球后切向速度分布逐渐接近无球体状态,间隙比为0.5时切向速度分布与无球体状态的差距最小;当间隙比为0.25时,球后尾涡区的涡量峰值最大,球体对射流流向涡强度的影响最大;对于粒径d_(p)=10~100μm的粒子,球体对粒子的停留时间和逃逸数量的影响较小;与无球体条件相比,在球体存在的条件下,d_(p)=125~250μm粒子的平均停留时间缩短,粒子逃逸数量百分比增大,分离效率提高,其中间隙比为0.25时粒子的停留时间最短,逃逸数量百分比最大。 展开更多
关键词 附壁射流 球后尾涡 近壁面扰动 离散相模型 微米级粒子
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环空流体自激脉冲射流动态破煤岩效应演化机制
9
作者 刘彦伟 张世禧 +4 位作者 左伟芹 贾浩杰 韩红凯 苗健 龙丽群 《振动与冲击》 北大核心 2025年第14期103-113,共11页
为探究环空流体自激脉冲射流破煤岩动态过程,采用光滑粒子流体动力学-有限元法建立淹没状态下环空流体自激脉冲射流冲击煤岩数值计算模型,并通过理论分析和试验对比验证模型的准确性,探讨围压、泵压和射流类型等对破岩效率的影响,研究... 为探究环空流体自激脉冲射流破煤岩动态过程,采用光滑粒子流体动力学-有限元法建立淹没状态下环空流体自激脉冲射流冲击煤岩数值计算模型,并通过理论分析和试验对比验证模型的准确性,探讨围压、泵压和射流类型等对破岩效率的影响,研究冲蚀煤岩过程中损伤机制及应力传播规律。结果表明,在不同围压条件下,自吸脉冲射流相较于自激脉冲射流和普通射流,冲蚀深度显著提升,表明自吸脉冲射流能一定程度上更好破除水垫效应。围压由0增加到0.4 MPa时,自吸脉冲射流冲蚀坑深度及体积呈线性减小趋势,冲蚀坑深度减小了36.36%,冲蚀坑体积减小了17.18%。冲蚀坑深度和体积随泵压增长呈线性增加,在2~8 MPa为快速增长阶段,冲蚀坑深度增长650.00%,冲蚀坑体积增长847.86%;在8~12 MPa为缓慢增长阶段,冲蚀坑深度增长了23.33%,冲蚀坑体积增长了41.92%。通过冲蚀过程的煤岩损伤及应力传播规律发现,沿径向方向,从煤岩冲击中心到远端,损伤及有效应力程度逐渐减小并趋于稳定,具有一定的极限范围;沿轴向方向,测点损伤和有效应力快速积累相继达到峰值,煤岩单元迅速积累至完全损伤,形成冲蚀坑。 展开更多
关键词 环空流体 冲蚀煤岩 水垫效应 应力损伤演化
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人工淹没式空化射流流场特性的数值模拟分析
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作者 王匀 余亮 +2 位作者 何培瑜 张林强 杨进 《江苏大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第6期723-730,共8页
针对双入口式喷嘴的内部流动特性复杂且对空化发生能力影响显著的问题,研究了人工淹没式空化射流发生过程中射流速度、汽液两相及压力的分布特性,探究了外喷嘴出口宽度对流场的影响规律.结果表明:高速射流流经内喷嘴收缩段进入喉管时,... 针对双入口式喷嘴的内部流动特性复杂且对空化发生能力影响显著的问题,研究了人工淹没式空化射流发生过程中射流速度、汽液两相及压力的分布特性,探究了外喷嘴出口宽度对流场的影响规律.结果表明:高速射流流经内喷嘴收缩段进入喉管时,由于出流断面收缩,使得射流速度骤增,并在喉管及其出口附近形成一段高速低压区,在低速射流包裹效应下,该区域速度分布最终呈水滴状,且该区域内液相在汽相的作用下出现先分流、后聚合的现象;随着外喷嘴出口宽度的增大,射流速度衰减加剧,汽相分布范围减小,最大汽相体积分数降低. 展开更多
关键词 人工淹没式空化射流 空化 流场特性 喷嘴结构 数值模拟
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矩形超声速射流激波啸叫模态特性实验研究
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作者 张俊龙 覃晨 +1 位作者 王海涛 赵佳锡 《航空动力学报》 北大核心 2025年第2期1-12,共12页
针对圆形及宽高比分别为1、1.5、2、10的4种矩形收缩喷管的超声速射流激波啸叫噪声的周向模态特性开展了实验测量研究。所有喷口具有相同的出口面积,并在同一射流模拟装置中进行,射流为冷喷流。研究在喷口出口近场区域周向等角度布置12... 针对圆形及宽高比分别为1、1.5、2、10的4种矩形收缩喷管的超声速射流激波啸叫噪声的周向模态特性开展了实验测量研究。所有喷口具有相同的出口面积,并在同一射流模拟装置中进行,射流为冷喷流。研究在喷口出口近场区域周向等角度布置12个传声器,采用短时互功率谱分析方法和短时滤波声能分析方法分别获得超声速欠膨胀射流激波啸叫相位及幅值的周向角分布情况。研究表明:宽高比为1的矩形超声速欠膨胀射流的模态特性与圆形射流基本一致,而宽高比大于1的矩形射流模态特性与圆形射流差异较大。低马赫数下,圆形和宽高比为1的矩形射流表现出稳定的轴对称模态,而宽高比大于1的矩形射流表现出不稳定的模态特征;较高马赫数下,圆形和宽高比为1的矩形射流表现出不稳定的螺旋或摆动模态,而宽高比大于1的矩形射流表现出稳定的沿短轴方向的摆动模态。 展开更多
关键词 超声速射流 射流噪声 矩形射流 激波啸叫 模态特性
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基于空化射流技术的水下钢结构清洗工艺试验研究
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作者 张磊 林红星 黄胜 《中国港湾建设》 2025年第11期59-64,共6页
针对海洋工程中水下钢结构表面污损清洗难题,构建具备多参数调控功能的水下空化射流清洗试验平台。以试件漆层模拟污损,系统研究清洗压力、靶距及移动速度对清洗效果的影响。通过固定阈值分割法处理冲击图像,提出面积比作为量化清洗效... 针对海洋工程中水下钢结构表面污损清洗难题,构建具备多参数调控功能的水下空化射流清洗试验平台。以试件漆层模拟污损,系统研究清洗压力、靶距及移动速度对清洗效果的影响。通过固定阈值分割法处理冲击图像,提出面积比作为量化清洗效果的评价指标。试验结果表明:空化冲蚀临界压力位于8~10 MPa,压力变化对冲蚀深度影响显著;合理控制清洗压力可兼顾清洗效果与能耗,提升系统能效比;在清洗速度由2.5 mm/s提升至5 mm/s条件下,可在保证效果前提下显著提高作业效率。研究成果可为水下钢结构空化清洗技术参数优化与工程应用提供理论支撑。 展开更多
关键词 水下钢结构 空化射流 冲击试验 图像处理
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基于全息聚焦纹影技术的三维流场测量 被引量:1
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作者 李奕勤 林志明 +4 位作者 刘锴慧 薛志亮 金其文 吴迎春 吴学成 《实验流体力学》 北大核心 2025年第4期9-18,共10页
流场显示及测量技术是研究流体力学的关键技术手段,目前大多数测量方法需要结合多视角层析的形式来实现三维测量。本文介绍了一种基于数字化重建图像方法的全息聚焦纹影技术,利用数字全息技术记录聚焦纹影成像系统中的波前信息,根据标... 流场显示及测量技术是研究流体力学的关键技术手段,目前大多数测量方法需要结合多视角层析的形式来实现三维测量。本文介绍了一种基于数字化重建图像方法的全息聚焦纹影技术,利用数字全息技术记录聚焦纹影成像系统中的波前信息,根据标量衍射理论重建不同光轴位置的聚焦纹影图像,实现三维流场的可视化与测量。基于前期发展的全息聚焦纹影技术,通过不同离焦距离下的平行双射流和单射流成像实验,定量分析了该技术的三维流场成像质量。对分别离焦30和60 mm的平行双射流进行测量,由1张全息图同时获得2个射流的聚焦纹影图像,重建得到的聚焦纹影图像与相应位置同一瞬态流场下的传统聚焦纹影图像效果一致,且不需要移动成像面,验证了全息聚焦纹影技术的三维测量能力。以离焦距离量化该技术的成像能力,在0~120 mm离焦距离范围内对不同离焦位置的单射流进行测量,重建图像中流场轮廓清晰,且与相同瞬态流场下的传统聚焦纹影图像中流场流动细节一致,进一步验证了全息聚焦纹影技术还原三维流场信息的准确性。本文研究的全息聚焦纹影技术具备单视角、单图像下的三维流场测量能力,突破了传统聚焦纹影技术单次单截面成像的限制,具备瞬态三维流场测量能力。 展开更多
关键词 全息 聚焦纹影 三维测量 流场结构
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水下管口附近脉动气泡溃灭及射流特性实验和数值研究 被引量:1
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作者 张越尧 乔峰 +3 位作者 吕详 张天源 韩蕊 李帅 《上海交通大学学报》 北大核心 2025年第1期99-110,共12页
通过实验和数值方法研究水下管口附近脉动气泡溃灭及射流特性.在实验方面,采用电火花放电技术产生厘米级脉动气泡,并利用高速摄影捕捉气泡的瞬态动力学行为;在数值方面,采用基于势流理论的边界积分方法模拟气泡与管壁的耦合作用.实验发... 通过实验和数值方法研究水下管口附近脉动气泡溃灭及射流特性.在实验方面,采用电火花放电技术产生厘米级脉动气泡,并利用高速摄影捕捉气泡的瞬态动力学行为;在数值方面,采用基于势流理论的边界积分方法模拟气泡与管壁的耦合作用.实验发现,脉动气泡在管口附近溃灭过程中会产生指向管内的射流,进而威胁水中管道设备的结构安全,数值模拟结果和实验现象吻合良好.通过对气泡距管口距离与管口半径之比γ和气泡的最大半径与管口半径之比λ两个无量纲参数进行系统研究发现:当γ≤1.5时,气泡溃灭阶段只会产生指向管内的射流,当γ>1.5时,气泡产生指向管内射流的趋势随λ的增加而增加;总体而言,气泡产生向下射流的速度随λ的增加而增加,随γ的增大先增大后减小.当γ<0时,射流速度随λ和γ的变化很小,但射流宽度随两者的增加而增加;当γ>0时,射流速度随γ的增大先增大后减小.研究结论为水下管口附近气泡溃灭的动力学行为提供了重要参考. 展开更多
关键词 气泡动力学 近管口气泡 边界积分法 高速摄影
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合成双射流推力矢量流场控制特性
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作者 石硕 邓雄 +4 位作者 罗振兵 王浩 龚建宇 王杨肖 赵志杰 《空气动力学学报》 北大核心 2025年第11期130-144,I0002,共16页
为研究合成双射流推力矢量流场控制特性,通过调节合成双射流峰值速度和激励频率,揭示其对喷管主流偏转的控制机理,并通过动力学模态分解(dynamic mode decomposition,DMD)方法提取流场主导模态分析合成双射流对流动结构的调控机制,在34 ... 为研究合成双射流推力矢量流场控制特性,通过调节合成双射流峰值速度和激励频率,揭示其对喷管主流偏转的控制机理,并通过动力学模态分解(dynamic mode decomposition,DMD)方法提取流场主导模态分析合成双射流对流动结构的调控机制,在34 m/s来流下探究飞翼耦合喷管的主流偏转情况。结果表明:合成双射流峰值速度的提高使流场低压区影响范围扩大,主流偏转角增大至22°;提高合成双射流激励频率有助于主流偏转角增大,且在激励频率大于100 Hz时主流偏转角趋于稳定。在流场控制机理方面,合成双射流下出口在吸程时吸入主流形成低压区导致主流偏转,吹程时主流偏转回中使下游壁面形成附壁分离涡;上出口存在的卷吸引射效应加速了被动二次流。进一步通过DMD方法发现,合成双射流布置处及下游壁面均出现了主导性涡量脉动和速度脉动,表明合成双射流凭借较小的能量占比主导了流场的模态特性,下游壁面对主流偏转起到了增强作用。同时,研究发现,现有构型使喷管上壁面产生回流现象,抑制喷管主流偏转,最大偏转角仅为10°。 展开更多
关键词 合成双射流 推力矢量 动力学模态分解 流场控制 偏转角
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煤层气水平井磨料射流造穴应力-应变演化研究
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作者 秦小舟 杨睿月 +2 位作者 黄中伟 陈健翔 李嘉文 《流体机械》 北大核心 2025年第5期1-8,39,共9页
为探索锥直型喷嘴磨料射流高效破岩造穴的可行性,开展了磨料射流喷射造穴试验。采用基于数字图像相关技术(DIC)的可视化试验方法,研究了水平井洞穴完井应变场分布特征,并结合有限元-离散元法(FDEM)表征了造穴诱导裂缝形态特征和洞穴完... 为探索锥直型喷嘴磨料射流高效破岩造穴的可行性,开展了磨料射流喷射造穴试验。采用基于数字图像相关技术(DIC)的可视化试验方法,研究了水平井洞穴完井应变场分布特征,并结合有限元-离散元法(FDEM)表征了造穴诱导裂缝形态特征和洞穴完井应力的演化过程,探究了洞穴直径和地应力对煤层气水平井洞穴应力演化和裂缝延伸的影响。结果表明,淹没射流条件下,锥直型喷嘴磨料射流可在25 MPa下,30 s内穿透长度为62 cm的煤体,产生体积破碎效果;随着垂向应力和洞穴直径的增加,应变局部化带明显增多,且沿垂向分布的应变局部化带逐渐显现,天然裂缝是影响煤岩板损伤程度的主要因素;应力集中首先发生在洞穴周围,然后裂缝沿层理/割理弱面与洞穴交汇处萌生,垂向应力大于水平应力时更易形成裂缝网络,进而诱导应力释放。研究结果可为煤层气水平井洞穴完井应力释放机理提供理论基础。 展开更多
关键词 煤层气 水平井洞穴完井 磨料射流 应力-应变演化 裂缝扩展
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应用于横向液体射流算例的界面捕获方法误差分析
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作者 谢名云 余彬 +3 位作者 何淼生 吴胜奇 黄小彬 刘洪 《工程热物理学报》 北大核心 2025年第11期3804-3813,共10页
本文基于二维横向液体射流的数值模拟,针对网格分辨率以及界面捕获数值方法等进行了较为全面的误差分析,误差评估结果可为三维横向液体射流仿真的模型选择及参数设置提供有效经验参考。结果表明,沿液柱直径分布32个网格足以捕捉液柱的... 本文基于二维横向液体射流的数值模拟,针对网格分辨率以及界面捕获数值方法等进行了较为全面的误差分析,误差评估结果可为三维横向液体射流仿真的模型选择及参数设置提供有效经验参考。结果表明,沿液柱直径分布32个网格足以捕捉液柱的长波变形特征。分析对比了四种不同的界面捕获方法,包括基于代数VOF(Volume of Fluids)类的MULES方法,几何VOF类的isoAdvector和plicRDF方法,以及VOF和Level Set耦合的sCLSVOF(simple Coupled Level Set and Volume of Fluid)方法。其中s CLSVOF方法计算精度最高,但运行时间也最长。基于几何VOF类的数值方法则具有极好的质量守恒、界面尖锐度,且运行时间较sCLSVOF方法减少了约20%。 展开更多
关键词 横向液体射流 界面捕获方法 VOF方法 误差分析 两相流
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中斯托克斯数载粒子射流速度演变实验分析
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作者 李庆展 曾怡 +4 位作者 李泳耀 姜华伟 刘宇飞 江磊 王维 《哈尔滨工业大学学报》 北大核心 2025年第8期105-114,共10页
为系统全面地理解中斯托克斯数载粒子射流(MSPJ)的动力学特性,并验证泰勒流体粒子理论在更小粒子情况下的适用性,开展了中斯托克斯数载粒子射流速度演变实验分析。首先,搭建了粒子图像测速(PIV)实验台。其次,分别进行了6组不同初速度下... 为系统全面地理解中斯托克斯数载粒子射流(MSPJ)的动力学特性,并验证泰勒流体粒子理论在更小粒子情况下的适用性,开展了中斯托克斯数载粒子射流速度演变实验分析。首先,搭建了粒子图像测速(PIV)实验台。其次,分别进行了6组不同初速度下的宏观大尺度与介观尺度测量实验。最后,进行了两种尺度下粒子的瞬时速度、平均速度和脉动速度的演化规律对比分析,并结合泰勒流体粒子理论模型对MSPJ速度衰减进行了预测和验证分析。结果表明:沿射流中心线的粒子平均速度衰减趋势与气相相似,呈现出先增大后减小的趋势;而由于壁面反弹的低速粒子与射流中心的高速粒子混合,粒子脉动速度的衰减显著不同,呈现出先减小后增大再减小的趋势。此外,喷嘴附近的粒子脉动速度场与平均速度场的分布存在显著差异,脉动速度场表现为中间速度较小、边缘及过渡区速度较大的分布特征,平均速度场则相反。泰勒流体粒子理论对MSPJ粒子速度衰减预测的最大累积误差为6.16%。重粒子的速度自相似性因明显的惯性效应而更快衰减。本研究能够为滑移速度、曳力及发动机油液喷雾等相关领域的进一步研究提供参考。 展开更多
关键词 射流 中斯托克斯数 速度场 粒子图像测速(PIV) 衰减
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基于改进秃鹰算法的自旋转水射流喷头布局优化方法 被引量:1
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作者 宋寒冬 陈正寿 +1 位作者 杜炳鑫 谭小利 《计算机集成制造系统》 北大核心 2025年第9期3485-3500,共16页
针对自驱旋转超高压水射流喷头除锈效率低的问题,建立以冲击能量分布均匀度为指标的扫掠冲击时间模型,提出一种改进秃鹰算法,通过计算观测点的累积冲击时间来量化水射流的螺旋轨迹密度,以获得更好的喷头优化布局方案。该改进秃鹰算法通... 针对自驱旋转超高压水射流喷头除锈效率低的问题,建立以冲击能量分布均匀度为指标的扫掠冲击时间模型,提出一种改进秃鹰算法,通过计算观测点的累积冲击时间来量化水射流的螺旋轨迹密度,以获得更好的喷头优化布局方案。该改进秃鹰算法通过引入精英反向学习策略,并融合了梯度优化算法的两种核心算子,旨在增强算法的寻优能力,提升其求解复杂问题的效率。经仿真实验,改进算法展现出较好的优化性能。将该改进算法应用至某“十”字型水射流除锈喷头的优化布局设计,结果表明,其优化效果优于解决同类问题的精英遗传算法,可将原布局方案的水射流能量利用率与除锈效率分别提高31.9%和55.2%,证实该算法可为除锈喷头的布局优化设计提供有效的应用支持。 展开更多
关键词 秃鹰搜索算法 超高压水射流 布局优化 自旋转喷头 船壁除锈
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高压电场中液体雾化特性的实验研究
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作者 崔佳明 高士博 +2 位作者 俞瑞利 焦东升 夏良志 《现代化工》 北大核心 2025年第S1期304-308,320,共6页
提出了一种静电喷雾干燥制备超细墨粉的新工艺,对该工艺涉及的静电雾化过程进行了实验研究,分析了电压、流量、针头内径等因素对高压电场中液体雾化模式和雾化效果的影响。结果表明,随着电压的增加,乙醇的雾化呈现出滴落模式、锥射流模... 提出了一种静电喷雾干燥制备超细墨粉的新工艺,对该工艺涉及的静电雾化过程进行了实验研究,分析了电压、流量、针头内径等因素对高压电场中液体雾化模式和雾化效果的影响。结果表明,随着电压的增加,乙醇的雾化呈现出滴落模式、锥射流模式、鞭动模式、多极分岔射流模式和稳定多股射流模式,其中稳定多股射流模式下的雾化效果较好。雾化液滴的平均粒径随电压的增大先减小后基本保持不变、随针头内径的减小而减小、随流量的增大而增大。各因素对液滴分布均匀性以及液滴平均粒径大小的影响程度均为电压最大、针头内径次之、流量最小。最佳实验条件为电压8 kV、流量2.5 mL/min、针头内径0.2 mm,该条件下平均粒径最小为37.96μm。使用质量分数5%的墨粉前驱液进行静电雾化实验,液滴主要分布在15~35μm,液滴的平均粒径为24.49μm,计算得到墨粉的平均粒径为8.31μm。 展开更多
关键词 墨粉 静电雾化 液滴粒径 影响因素 正交实验
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