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超音速喷管雾化实验研究与雾化模型回归预测分析

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南京理工大学学报 2023年第5期47卷 715-723页

作者：刘承婷贺亮胡传峰王智刚董佩鑫东北石油大学石油工程学院黑龙江大庆163318 提高油气采收率教育部重点实验室(东北石油大学) 黑龙江大庆163318

为解决低压低产气井积液问题以及提高排水采气井筒携液效率,建立新型超音速喷管模型,自行搭建的实验平台探究气相流量、液相流量、液相入口直径对雾化效果的影响,对25组实验结果进行相关性分析,结果表明气相流量在3000~5000 m^(3)/d范围... 详细信息

为解决低压低产气井积液问题以及提高排水采气井筒携液效率,建立新型超音速喷管模型,自行搭建的实验平台探究气相流量、液相流量、液相入口直径对雾化效果的影响,对25组实验结果进行相关性分析,结果表明气相流量在3000~5000 m^(3)/d范围内,随着气相流量增加,雾化效果增强。液相流量在0.6~2.2 m^(3)/d,液相喷孔直径在6.0~8.4 mm范围内,随着流量与直径增加,雾化效果减弱。并得出对雾化角和雾滴粒径影响因素的强弱为气相流量>液相流量>液相入口直径。根据实验数据和相关性分析建立多元非线性回归雾化模型,雾化模型决定系数R^(2)为0.971,通过雾化液滴模型预测得到雾滴预测值与实验值进行误差分析,平均误差为14.02%,雾化模型良好。

关键词：排水采气超音速喷管雾化效果相关性分析多元非线性回归

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超音速喷管内准一维气相流动建模与数值模拟

过程工程学报 2020年第12期20卷 1386-1396页

作者：章利特余秋李吴博文刘天程冯子龙浙江理工大学机械与自动控制学院浙江杭州310018

通过理论分析建立考虑壁面摩擦和换热影响的喷管内气相准一维流动数理模型,在气动方程组矢通量分裂基础上,采用有限差分方法对其变体形式进行离散,空间导数采用五阶精度WENO格式,时间导数采用三阶精度三步TVD龙格库塔方法,在Fortran平... 详细信息

通过理论分析建立考虑壁面摩擦和换热影响的喷管内气相准一维流动数理模型,在气动方程组矢通量分裂基础上,采用有限差分方法对其变体形式进行离散,空间导数采用五阶精度WENO格式,时间导数采用三阶精度三步TVD龙格库塔方法,在Fortran平台上进行编程和计算,进行模型方法验证和参数研究。结果表明,在适当选取摩擦修正因子时,数值模拟与实验数据吻合较好,验证了数理模型、数值计算与求解方法的有效性。喷管半扩张角增大时,出口气流速度和马赫数增大,而静压减小;进口总温提高时,出口速度显著升高,但由于壁面摩擦和换热加剧,相应的出口马赫数会减小;进口总压提高时,出口气流速度并不显著增大;壁面温度升高时,出口气流速度和马赫数均减小。

关键词：超音速喷管有限差分法矢通量分裂 WENO格式 TVD龙格库塔方法

收缩段线型对超音速喷管氟原子气相复合的影响

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力学学报 2006年第3期38卷 392-397页

作者：刘文广陆启生袁保伦刘泽金国防科技大学光电科学与工程学院长沙410073

使用移轴维氏曲线和双三次方曲线作为收缩段线型分别设计了两种环形HYLTE主喷管,给出了环形 HYLTE喷管三维的多组分有反应湍流场的控制方程、边界条件和模拟区域的选择．计算结果表明,这两种线型的喷管均能避免边界层的分离,获得均匀的... 详细信息

使用移轴维氏曲线和双三次方曲线作为收缩段线型分别设计了两种环形HYLTE主喷管,给出了环形 HYLTE喷管三维的多组分有反应湍流场的控制方程、边界条件和模拟区域的选择．计算结果表明,这两种线型的喷管均能避免边界层的分离,获得均匀的流场分布及相同的出口马赫数分布,但移轴维氏曲线在收缩段前部收缩快速,气流速度相应较快,因此F原子的气相复合程度弱于另外一种收缩段设计的喷管,相应地,使用移轴维氏曲线设计的喷管F原子流量比另外一种喷管高5％左右,因此使用移轴维氏曲线作为环形HYLTE 主喷管收缩段的设计有助于提高化学激光器的效率．

关键词：计算流体力学超音速喷管化学反应流场收缩段化学激光器设计

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无加热氧碘化学激光器超音速喷管

强激光与粒子束 2010年第7期22卷 1479-1482页

作者：任伟艳桑凤亭景春元大连理工大学材料科学与工程学院解放军63655部队中国科学院大连化学物理研究所

针对氧碘化学激光器的金属喷管在使用过程中需加热保温且存在结构复杂、故障率高等问题,初步选择了几种可用于加工无加热喷管的非金属材料,并以kW级氧碘化学激光器为原型,以聚酰亚胺为例,对激光器运行条件下的喷管温度场进行数值模拟,... 详细信息

针对氧碘化学激光器的金属喷管在使用过程中需加热保温且存在结构复杂、故障率高等问题,初步选择了几种可用于加工无加热喷管的非金属材料,并以kW级氧碘化学激光器为原型,以聚酰亚胺为例,对激光器运行条件下的喷管温度场进行数值模拟,以验证此种非金属无加热喷管的可行性。结果表明:与金属喷管相比,非金属喷管在不加热保温的情况下能够有效阻止热量传递,防止碘蒸气冷却凝结,满足激光器喷管的使用要求。

关键词：氧碘化学激光器聚酰亚胺超音速喷管温度场碘蒸气

气流清扫的超音速喷管气动设计及其性能的对比分析

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装备环境工程 2023年第8期20卷 90-97页

作者：赵宏星卢耀辉王北昆唐波罗银生陈德君毛荣生西南交通大学机械工程学院成都610031 唐山百川智能机器股份有限公司河北唐山063000

目的提出使用拉瓦尔喷管产生高速气流清扫固体表面附着的水膜。方法设计中心轴对称锥形喷管(Taper-A)、中心轴对称Sivell法喷管(Sivell-A)、中心轴对称短化喷管(MLN-A)和二维锥形型线喷管(Taper-2D),建立包括外流场的LES数值仿真模型,... 详细信息

目的提出使用拉瓦尔喷管产生高速气流清扫固体表面附着的水膜。方法设计中心轴对称锥形喷管(Taper-A)、中心轴对称Sivell法喷管(Sivell-A)、中心轴对称短化喷管(MLN-A)和二维锥形型线喷管(Taper-2D),建立包括外流场的LES数值仿真模型,并进行仿真,分析研究外流场结构,并基于韦伯数判据,分析超音速喷管的清扫性能。结果喷管短化设计方法可以将喷管长度缩短50%。外流场速度呈波动衰减趋势,特征线法喷管的气流膨胀更充分。缩短喷管长度会减小内流场的附面层厚度,因此MLN-A在速度波动中的能量耗散较少;喷管过长也会降低清扫性能,MLN-A和Taper-2D在x_(L)>2区域的最大等效水膜厚度小于0.2μm,但MLN-A有效清扫面积比Taper-A的喷管提高15%以上,清扫性能最优。结论喷管短化设计方法可以有效缩短喷管。喷管结构对清扫性能影响较大。MLN-A喷管的清扫性能最优。

关键词：超音速喷管气动设计大涡模拟外流场清扫性能

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超音速喷管内准一维气固两相流四向耦合建模与数值模拟

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超音速喷管内准一维气固两相流四向耦合建模与数值模拟

作者：余秋李浙江理工大学

学位级别：硕士

拉伐尔喷管作为核心部件被广泛用于蒸汽涡轮机、喷气发动机、超音速喷涂、无针注射、灭火器等装置,其设计质量将对装置性能产生决定性影响。本文针对超音速喷管内气体与颗粒相互作用时复杂两相流问题,开展气固相间耦合模型构建、数值计... 详细信息

拉伐尔喷管作为核心部件被广泛用于蒸汽涡轮机、喷气发动机、超音速喷涂、无针注射、灭火器等装置,其设计质量将对装置性能产生决定性影响。本文针对超音速喷管内气体与颗粒相互作用时复杂两相流问题,开展气固相间耦合模型构建、数值计算与求解方法设计、两相流特性参数数值分析,充分认识两相流行为、准确捕捉物理本质、系统掌握参数影响规律,为相关装置的设计和运行提供理论支撑。本文主要工作及结论如下:采用平板湍流边界层修正模型,考虑壁面摩擦和换热影响,建立了超音速喷管内气体单相准一维流动数理模型,在对方程组矢通量分裂基础上,采用有限差分方法对其变体形式进行离散,以等熵流场为初始条件,引入喷管入口约束条件,对超音速喷管内气体单相流动进行了模型常数标定、准确性验证和参数分析。采用欧拉-拉格朗日方法,考虑气体与颗粒相互作用以及颗粒间碰撞的影响,建立了气固两相四向耦合准一维流动模型,在气体单相流数值方法基础上,以气体单相流收敛解为初场,限定喷管入口两相质量流量比,利用颗粒运动和能量方程对颗粒相数据进行更新,并以“源项”形式及时反馈到气相方程中去,实现气相与颗粒相之间的耦合,数值分析了颗粒直径、喷管半扩张角、进口总温、进口总压以及壁面温度等参数的影响规律。数值计算结果表明,气体单相流和气固两相流数值模拟分别与先前的实验和数值模拟吻合得很好,验证了本文数理模型、数值计算与求解方法的有效性。超音速喷管内气固两相流动计算结果表明,颗粒直径增大时,出口气体流速和颗粒温度增大,出口气体静温和颗粒速度减小;喷管半扩张角增大时,出口气流速度、颗粒速度和马赫数增大,而静压减小;进口总温提高时,出口气体速度和颗粒速度显著升高,但马赫数会减小;进口总压提高时,气流速度、颗粒速度和马赫数都增大;壁面温度升高时,出口气流速度、颗粒速度和马赫数均减小。本文创新点:（1）从平板湍流边界层模型出发,考虑喷管通道几何结构对边界层的影响,提出喷管湍流边界层修正模型。（2）引用欧拉-拉格朗日方法中计算粒子概念,设计了网格单元体内计算粒子数统计策略和计算粒子位置处流体参数高阶插值方法。（3）结合气相方程矢通量分裂,五阶WENO内点空间离散,三阶边界点差分构造,三步三阶TVD Runge-Kutta时间积分,建立了一套稳定高效的数值计算方法。

关键词：超音速喷管有限差分法矢通量分裂 WENO格式 TVD龙格库塔方法

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基于计算流体力学的工业超音速喷管型面优化

中国粉体技术 2017年第2期23卷 6-11页

作者：赵安文林龙沅李鹏超西南科技大学环境与资源学院四川绵阳621010 南京理工大学化工学院江苏南京210094

为了评估2种不同型面工业喷管出口位置气流参数的差异性,采用计算流体力学数值分析方法,对2种不同型面的工业喷管进行多种工况条件下的数值模拟。计算结果表明:2种喷管在相同的入口工况参数条件下,曲线型喷管与直线型喷管相比,出口位置... 详细信息

为了评估2种不同型面工业喷管出口位置气流参数的差异性,采用计算流体力学数值分析方法,对2种不同型面的工业喷管进行多种工况条件下的数值模拟。计算结果表明:2种喷管在相同的入口工况参数条件下,曲线型喷管与直线型喷管相比,出口位置各项气流参数的均匀性均具有明显的优势。2种喷管在多种工况条件下,曲线型喷管出口位置气流的平均静温、平均静压、平均总压与直线型喷管出口位置对应的气流参数相比,最高分别增加了0.8%、2.25%、3.43%。采用根据超音速特征线理论设计出的曲线型喷管作为工业常用喷管可减小喷管内部机械能损失、优化喷管出口流场品质,提高工业生产工艺技术的效率和精确性。

关键词：超音速喷管喷管型面工业气流参数

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超音速喷管收缩扩张段匹配问题研究

航空计算技术 2013年第6期43卷 72-74页

作者：史雨桑为民陈志敏西北工业大学航空学院陕西西安710072

超音速喷管由收缩和扩张两段组成,是高速风洞中获得超音速流动的重要部件。对于超音速喷管收缩段设计方法的研究较多,但尚未见到喷管收缩段的几种设计型面曲线如何与扩张段合理匹配问题的研究。针对以上的问题,利用CFD数值模拟方法对几... 详细信息

超音速喷管由收缩和扩张两段组成,是高速风洞中获得超音速流动的重要部件。对于超音速喷管收缩段设计方法的研究较多,但尚未见到喷管收缩段的几种设计型面曲线如何与扩张段合理匹配问题的研究。针对以上的问题,利用CFD数值模拟方法对几种收缩曲线与扩张段匹配问题进行了计算。通过对计算结果进行对比分析,发现不同收缩曲线对超音速喷管内流有一定的影响,分析了流场特征,展示了马赫数在喷管内部的分布。

关键词：超音速喷管扩张段流场数值模拟

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超音速喷管雾化排水技术在极低产气井的应用

石化技术 2019年第12期26卷 75-79页

作者：刘鑫张刚郝洁中国石油长庆油田公司苏里格南作业分公司陕西西安710018 延长油田公司定边采油厂陕西榆林718699 中国石油长庆油田分公司采气五厂陕西西安710016

超音速喷管能使天然气产生超音速流动,从而将液体剪切和撕裂成微小液滴。喷管之后,流态发生了变化,成为雾状流。这样降低了气液两相的截面平均密度和流动阻力。即使在极低产气量情况下,依靠天然气自身的动能也能够把雾化的液体携带出井... 详细信息

超音速喷管能使天然气产生超音速流动,从而将液体剪切和撕裂成微小液滴。喷管之后,流态发生了变化,成为雾状流。这样降低了气液两相的截面平均密度和流动阻力。即使在极低产气量情况下,依靠天然气自身的动能也能够把雾化的液体携带出井筒。为了提高超音速喷管雾化效果,对喷管结构进行了改进。2018年,对苏里格气田一些产气量低于2000m^3/d气井进行了生产应用试验,试验超音速喷管雾化排水对这些气井的排水效果。通过长达几个月的生产应用,得到了一些重要的研究成果;超音速喷管雾化排水新方法对低压力、低产气井、乃至极低产气量气井排水有着很好的效果。产气量低到1000m^3/d时排水效果依然良好。超音速喷管设备成本低,可以长年连续使用而不维护。从排水效果和经济投入少来说,超音速喷管能够在气田大规模应用。

关键词：超音速喷管雾化排水低产气井极低产气量雾状流苏里格气田