高速液体射流动力学特性的研究

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1、万方数据速液体射流动力学特性的研究ResearchonDynamicCharacteristicsofHighSpeedLiquidJet2014年12月万方数据独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：f矽‘

2、于1以／忍月／侈盹∥年万方数据学位论文版权使用授权书lIIllilllllIIIlllHIllIllllIY2748313江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊(光盘版)电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查

3、询。论文的公布(包括刊登)授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密tV'o学位论文作者签名：P易9拗1Ⅲ51年堋／夕日Ii指导教师万方数据江苏大学硕士学位论文摘要高压水射流技术以水为主要工作介质，经增压后从特定形状的喷嘴喷射出来，产生高速射流束。因其具有很高的能级密度，广泛应用于清洗、切割、钻孔等作业。此外，高压水射流技术还具有清洁、冷态、成本低、操作安全方便的优点。在工程领域中，运用数值计算的手段快速预测不同工况下的射流速度对水切割喷嘴的优化设计及相关基础应用研究十分重要，其中湍流模型的验证是迫切需要解决的问题。直接模拟或

4、大涡模拟可以更好地表现湍流，但对于CAE目的的计算，雷诺时均和湍流模型的组合是有前景的选择。作为射流设备的重要部件，喷嘴不仅直接决定了水射流的工况，同时也对系统的各个部件有很大的制约作用。因此优化设计喷嘴结构，通过流动控制方式来调节射流的集束性，延缓射流能量的衰减，最终实现射流能量的柔性十分必要。利用激光多普勒测速仪等非接触式流场测量手段对射流不同截面上的流动参数及液滴粒径进行测量，有助于分析出高压射流内部的复杂的湍流结构及破碎后液滴的运动学和动力学特征。本文在国家自然科学基金项目“介观超高压射流的界面流动及失稳机理研究(5117

5、6065)”的资助下，取得的初步成果如下：1、选用3种简单常用的双方程湍流模型，分析不同湍流模型计算结果的精度。通过调节模型参数，将模拟数据与相同条件下激光多普勒试验数据进行逼近，提出了应对高压射流的最佳的粘度系数。结果表明，Standardk-e模型计算结果随着C斗值的改变，大致呈线性关系；RNGk-e模型计算结果对C¨的值更为敏感；湍动能峰值出现在射流半径之内，则影响下游射流速度的变化趋势，反之，则影响射流速度大小。此项工作对复杂物理过程进行了合理简化，可用于缩短超高压水射流技术的CAE设计周期。2、采用VOF多相流模型，在4

6、00MPa工作压力下，针对3种不同结构喷嘴产生的自由水射流流场进行了数值模拟和试验研究。结果表明：喷嘴出口处空气向喷嘴内部卷吸，一定程度上提高了其集束性；射流核心区轮廓呈现粗细交替的波动状，是诱发射流破碎的重要因素；射流上游的湍动能大小及旋涡强度对射流的集束性影响显著；该条件下射流轮廓的高速数码摄像照片定性地验证了数值模拟的结果。万方数据高速液体射流动力学特性的研究3、利用相位多普勒粒子测速技术(PDPA)探究了某压力下圆柱射流集束段的脉动特性和发散段不同截面上的轴向速度和索太尔平均粒径分布；以及不同压力下射流雾化段某点处的轴向速

7、度和液滴粒径的统计规律。结果表明，在射流集束段的下游，轴向速度的均方根速度较大，湍流脉动较为强烈；在发散段，轴向速度的峰值域沿轴向逐渐减小。索太尔平均粒径呈外大内小分布；在雾化段，随着喷射压力增大，大量的小液滴聚并成大液滴。关键词：高速水射流，数值模拟，激光多普勒测量，集束性，脉动特性，索太尔平均粒径U万方数据江苏大学硕士学位论文AbstractAsthemainworkingmediuminhighpressurewaterjettechnology,thewaterejectsfromthenozzlewithaspecifi

8、cshapeafterbeingsupercharged，generatingahighspeedwaterjetbeam．Becauseofitshighenergydensity,cleanness，coolness，lowcostandsaf