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基于流场特征的空化水射流破碎固体推进剂效果

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火炸药学报 2024年

作者：高元刘博赵蒙周文君慕晓刚王煊军火箭军工程大学智剑实验室

为研究流场特征对空化水射流破碎固体推进剂的影响规律，以HTPB推进剂为研究对象，采用应力混合涡流模型（SBES）开展了冲击场条件下不同喷嘴扩张角角度的空化水射流数值计算，分析了喷嘴结构参数对流场特征的影响机制；进行了空化水射... 详细信息

为研究流场特征对空化水射流破碎固体推进剂的影响规律，以HTPB推进剂为研究对象，采用应力混合涡流模型（SBES）开展了冲击场条件下不同喷嘴扩张角角度的空化水射流数值计算，分析了喷嘴结构参数对流场特征的影响机制；进行了空化水射流破碎HTPB推进剂实验研究，探讨流场特征与破碎效果的影响规律。结果表明：势流核的长度受喷嘴扩张角角度影响，进而影响靶面速度分布，推进剂破碎深度与靶面处的速度峰值分布正相关；喷嘴出口的回射流限制了空化向喷嘴壁面方向的发展，从而影响空化强度，破碎坑表面积与空化强度正相关，略小于空化云覆盖区域。实验表明，冲击场下的流场特征和破碎结果表现出极大的相关性，说明该方法计算得到的流场特征可以用于喷嘴结构的优化与设计，提高推进剂破碎效率。喷嘴扩张角角度为60°时，空化水射流的速度和空化强度两项主要流场特征参数具有显著优势，结合破碎质量、破碎深度和破碎坑面积分析，此时表现出的破碎效果最佳。

关键词：空化水射流 HTPB推进剂喷嘴结构破碎特性数值计算

基于空化水射流的有机污水净化循环系统研究——以第十八届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品“水净有方”为例

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创新创业理论研究与实践 2024年第7期7卷 172-178页

作者：王宁祁杰张子轩王飞龙孙荣伟邵志豪陆文卿华东理工大学上海200237

该文以第十八届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品“水净有方”为研究案例,探讨空化水射流技术与光催化氧化净水相结合的净水工艺,通过FLUENT仿真分析和高速摄像实验验证了喷嘴的空化性能,并以空化效果为目标进行了喷... 详细信息

该文以第十八届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品“水净有方”为研究案例,探讨空化水射流技术与光催化氧化净水相结合的净水工艺,通过FLUENT仿真分析和高速摄像实验验证了喷嘴的空化性能,并以空化效果为目标进行了喷嘴的优化设计,寻求“光—水耦合”高效处理有机污水的净水工艺,最终选择100MPa的入口压力配合2mm的喷嘴进行净水,实现了“集约高效,环境友好”的有机污水净化。

关键词：空化水射流光催化氧化喷嘴优化设计高效净水 FLUENT仿真分析循环系统设计有机污水治理

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机场除胶用空化水射流喷嘴设计与仿真研究

计算机仿真 2024年第8期41卷 37-41页

作者：崔艳雨黄子君陈媛媛成斌中国民航大学航空工程学院天津300300 中国民航大学交通科学与工程学院天津300300

为提高机场除胶效率以及安全性能,基于空化理论,对除胶喷嘴进行设计改进。设计一种中心体剪切型复合空化喷嘴,并应用CFD软件对其在非淹没流场条件下进行分析及构型优化,并将优化后的喷嘴与锥形喷嘴、中心体喷嘴和角形喷嘴等几种典型空... 详细信息

为提高机场除胶效率以及安全性能,基于空化理论,对除胶喷嘴进行设计改进。设计一种中心体剪切型复合空化喷嘴,并应用CFD软件对其在非淹没流场条件下进行分析及构型优化,并将优化后的喷嘴与锥形喷嘴、中心体喷嘴和角形喷嘴等几种典型空化喷嘴进行对比。研究结果表明,中心体剪切型复合空化喷嘴的空化效果及对冲击表面的冲蚀性能较原有的几种喷嘴有较大提升,其最佳结构尺寸为扩张角30°、嵌入深度3mm、出口段长度8mm、中心体直径3mm、最佳靶距15-25mm。

关键词：空化水射流机场安全喷嘴设计仿真

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空化水射流冲击微成形数值模拟与实验研究

精密成形工程 2022年第10期14卷 63-70页

作者：张宁菊李富柱黄天博无锡职业技术学院机械技术学院江苏无锡214121 江苏大学无锡机电学院江苏无锡214121 江苏大学机械工程学院江苏镇江2120132

利用空化水射流中空泡溃灭产生的高压冲击波使TA2箔材产生微塑性变形,分析水射流主要工艺参数对微成形质量的影响规律。采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟和实验研究对比的方法,通过不同冲击压力和持续时间对成形深度、成形件厚度减薄率影响的... 详细信息

利用空化水射流中空泡溃灭产生的高压冲击波使TA2箔材产生微塑性变形,分析水射流主要工艺参数对微成形质量的影响规律。采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟和实验研究对比的方法,通过不同冲击压力和持续时间对成形深度、成形件厚度减薄率影响的数值模拟,并进行成形工件形貌的实验验证。结果显示,对于不同冲击压力峰值和冲击压力持续时间下的板料成形,随冲击压力峰值和持续时间的增加,其成形深度、成形件厚度减薄率呈正比增加;当数值模拟冲击压力峰值P_(max)=2.2 GPa、冲击压力持续时间t=40 ns时,与实验入射压力P=20 MPa、冲击时间t=1 min时的试样截面轮廓成形曲线和截面厚度减薄结果比较一致。TA2箔材微成形件圆孔阵列特征在空化冲击区内表面质量良好,具有较大的成形深度及其较好的成形深度一致性。

关键词：空化水射流金属箔材实验研究数值模拟成形深度厚度减薄率

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空化水射流微成形工艺的数值模拟研究

机床与液压 2022年第8期50卷 155-159页

作者：张宁菊袁鹏李富柱无锡职业技术学院机械技术学院江苏无锡214121 江苏大学无锡机电学院江苏无锡214121 江苏大学机械工程学院江苏镇江212013

提出一种空化水射流冲击金属钛箔微成形的新工艺,该工艺利用空化水射流中空泡溃灭产生的高压冲击载荷,实现金属箔材的微成形。采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟方法,以100μm厚的TA2钛箔作为微成形研究对象,对空化水射流冲击微成形性能进行研... 详细信息

提出一种空化水射流冲击金属钛箔微成形的新工艺,该工艺利用空化水射流中空泡溃灭产生的高压冲击载荷,实现金属箔材的微成形。采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟方法,以100μm厚的TA2钛箔作为微成形研究对象,对空化水射流冲击微成形性能进行研究。通过模型建立、定义材料及属性、定义单元类型及接触、划分网格、边界条件及力的加载等技术处理,对金属钛箔的成形形貌、成形件中心点运动等进行数值模拟,为空化水射流冲击微成形机制和进一步试验研究提供依据。

关键词：空化水射流微成形工艺金属箔材数值模拟

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风琴管喷嘴空化水射流流场的大涡模拟

机械科学与技术 2023年

作者：王连安徐艳王尊策李森张井龙刘海水东北石油大学机械科学与工程学院

针对空化水射流流场空化云演化采用RANS方法模拟不准确的问题，本文采用大涡模拟（LES）对风琴管空化喷嘴流场进行数值模拟。基于Mixture多相流模型和Zwart-Gerber-Belamri（ZGB）空化模型，分别采用Smagorinsky-Lilly模型（SM）、壁面... 详细信息

针对空化水射流流场空化云演化采用RANS方法模拟不准确的问题，本文采用大涡模拟（LES）对风琴管空化喷嘴流场进行数值模拟。基于Mixture多相流模型和Zwart-Gerber-Belamri（ZGB）空化模型，分别采用Smagorinsky-Lilly模型（SM）、壁面适应的局部涡粘模型（WALE）和代数壁面模型（WMLES）三种不同的亚格子模型，对风琴管喷嘴空化水射流流场进行数值模拟，分析空化水射流特性、空化云演化规律及脱落频率。结果表明，WALE模型可以较为准确模拟空化云演化周期，与高速摄像拍摄结果吻合较好；在喷嘴内圆柱段以及扩散段壁面附近产生涡环，加快了空化泡析出，WALE模型较好的模拟了涡环结构；通过涡量的分析表明，涡流在喷嘴出口附近出现，射流的末端空化泡破碎产生扰动，大尺度涡演化为小尺度涡，WALE模型模拟出涡的破碎范围较SM模型更大，WMLES模型未捕捉到小尺度涡。本文研究可为空化射流流场的模拟及空化机理的研究提供借鉴。

关键词：大涡模拟亚格子模型风琴管喷嘴空化水射流

空化水射流声震效应促进瓦斯解吸实验的规律及机理研究

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煤炭学报 2011年第7期36卷 1150-1155页

作者：葛兆龙卢义玉周东平左伟芹夏彬伟重庆大学复杂煤气层瓦斯开采国家地方联合工程实验室重庆400030 重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室重庆400030 重庆市能源投资集团科技有限责任公司重庆400060

针对我国大部分煤层瓦斯高吸附、压力高、渗透率低、难于抽采,易造成瓦斯灾害事故等难题,提出了利用空化水射流声震效应促进煤层瓦斯解吸的新思路。研究了空化水射流液-气相变规律及声震效应促进瓦斯解吸的机理,通过改变泵压围压获得不... 详细信息

针对我国大部分煤层瓦斯高吸附、压力高、渗透率低、难于抽采,易造成瓦斯灾害事故等难题,提出了利用空化水射流声震效应促进煤层瓦斯解吸的新思路。研究了空化水射流液-气相变规律及声震效应促进瓦斯解吸的机理,通过改变泵压围压获得不同空化数条件下,空化水射流空化声震规律:气穴溃灭时声震效应振动的频段很宽,集中在2 000～10 000 Hz,振动在5 400～6 800 Hz出现了一段振动频率的峰值,说明在此范围内溃灭的气泡更加集中;通过改变不同空化数,获得空化水射流声震效应对煤层瓦斯解吸具有促进作用,与未加空化效应的煤样解吸相比,当施加空化数为0.020 0(泵压15 MPa,围压0.3 MPa)的空化声震时,煤样解吸时间缩短19.6%,解吸量增加36.9%。

关键词：空化水射流声震效应瓦斯解吸

空化水射流倒空弹药装药的试验研究及数值模拟

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火炸药学报 2019年第4期42卷 415-420页

作者：张幺玄陈松廉鹏康超雷靖华范鑫辰罗志龙西安近代化学研究所陕西西安710065 中国兵器工业试验测试研究院陕西华阴714200

为解决报废弹药倒空问题,开展了空化水射流倒空弹药装药的试验和数值模拟研究;探讨了空化水射流对装药的作用机理和倒药主装置关键技术,在空化水射流倒药装置上对钝黑铝装药(A-IX-II)进行倒空试验,建立了单喷嘴空化水射流倒药简化物理模... 详细信息

为解决报废弹药倒空问题,开展了空化水射流倒空弹药装药的试验和数值模拟研究;探讨了空化水射流对装药的作用机理和倒药主装置关键技术,在空化水射流倒药装置上对钝黑铝装药(A-IX-II)进行倒空试验,建立了单喷嘴空化水射流倒药简化物理模型,模拟得到空化水射流流场分布和装药力学响应情况。结果表明,宏观水射流和空化泡微观水射流共同促进弹药倒空过程;空化水射流技术能够在15~30min内干净倒空76~155mm口径的钝黑铝装药,倒出装药粒径平均大小为1~2cm,最大粒径不超过4cm,试验稳定性好;空化水射流速度和压力分布遵循伯努利定律,最大速度可达数百米每秒,发生在空化喷嘴收缩段;空化泡在装药表面受力失衡发生空化作用可有效侵蚀破碎装药;装药侵蚀破碎主要发生在射流与装药接触区域,多喷嘴喷头倒药会在装药表面形成多个同心环形蚀坑带。

关键词：应用化学空化水射流报废弹药倒空装药数值模拟钝黑铝炸药

空化水射流结合Fenton处理硝基苯废水的实验

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重庆大学学报（自然科学版） 2010年第9期33卷 79-85页

作者：卢义玉蒋林艳夏彬伟左伟芹张赛赵艳萍重庆大学资源及环境科学学院重庆400044

硝基苯类化合物具有弱致突变性,且化学性能稳定,常规的废水处理方法很难使其净化。采用空化水射流结合Fenton处理硝基苯废水,研究了多种因素对硝基苯去除率的影响,通过对比分析得出,当硝基苯初始质量浓度为50mg/L,处理条件为Fe2+质量浓... 详细信息

硝基苯类化合物具有弱致突变性,且化学性能稳定,常规的废水处理方法很难使其净化。采用空化水射流结合Fenton处理硝基苯废水,研究了多种因素对硝基苯去除率的影响,通过对比分析得出,当硝基苯初始质量浓度为50mg/L,处理条件为Fe2+质量浓度40mg/L,H2O2质量浓度150mg/L,围压0.5MPa,pH值5.0,泵压10MPa时,硝基苯去除率达到95.06%;同时,通过高效液相色谱揭示了其降解机理:空化水射流促使Fenton释放出更多的HO·并加剧Fe2+的催化能力,将硝基苯直接降解或氧化,分解成链烃、有机酸等小分子有机物,并分析得出硝基苯降解中间产物为苯醌,4硝基酚,2硝基酚,对苯二酚等。

关键词：硝基苯降解空化水射流羟基自由基 Fenton试剂