新型旋转射流多孔喷嘴流场的分析

一种旋流式喷嘴的实验和数值研究Ξ王国辉,蔡体敏,何国强,胡春波(西北工业大学航天工程学院,陕西西安710072) 摘　要:对一种小尺寸复杂结构的旋流式喷嘴进行了实验和数值研究。

实验研究中确定了喷嘴前后压差与流量间的对应关系。

数值研究中应用VOF方法对喷嘴内三维气液两相流动进行了计算,并与实验结果做了比较,二者吻合较好。

而后应用该算法对喷嘴在不同结构尺寸下的流动过程进行了计算,对比分析后发现:旋流室及旋流器的结构和尺寸均会对喷嘴出口速度产生影响,但只有旋流器螺旋升角和槽道数目才会对喷嘴雾化角产生显著影响。

关键词:喷嘴;雾化;二相流;数值计算;实验中图分类号:V233122 文献标识码:A 文章编号:100124055(2003)0120028205Experimental and numerical investigation of a swirl atomizerW ANG G uo2hui,C AI T i2min,HE G uo2qiang,H U Chun2bo(C oll.of Astronautics,N orthwestern P olytechnical Univ.,X i’an710072,China)Abstract:　Experimental and numerical study on a small s wirl atomizer with com plex structure was conducted.In the experi2 mental research,the relationship between pressure difference of atomizer and mass flow rate was decided.In numerical research,32 D gas2liquid flow in the atomizer was calculated em ploying VOF method,which was validated by the experimental data with g ood agreement each other.Then,with this methodology,flow process in the atomizer with different structure and dimension was simulat2 ed.A fter analysis about these numerical results,it was found that:the atomizer exit velocity can be affected by both the structure and dimension of s wirl2chamber and s wirler,and the atomization angle mainly decided by the screw rise angle and the number of the s wirl2 er grooves.K ey w ords:　Injector;T w o phase flow;Atomization;Numerical calculation;Experimentation1　引　言在诸多种类的喷嘴中,旋流式喷嘴几何尺寸相对较小,内部形状复杂,使用中可望获得尽量大的雾化角、尽量小的雾化粒径和尽量均匀的雾化度。

旋流式进料喷嘴实验与流场结构数值模拟黄启龙;李进贤;郑亚;朱国强;赵思珍【摘要】针对旋流式催化裂化进料喷嘴进行了实验研究和数值模拟。

实验中测量了不同工况下的雾化粒径和喷嘴的雾化角，同时验证了各段的压降分配方案。

通过VOF（ volume of fluid）方法对喷嘴气液两相流的流动过程进行了数值模拟，描述了喷嘴中两相流的填充过程，得到了喷嘴的压力、速度分布和雾化角，并与实验结果进行了比较，二者吻合较好。

对上述结果分析后表明，该型旋流式喷嘴雾化粒径在53～60μm，雾化角随气液比或流量的增大而有所增加，采用内外嵌套式旋流器可使射流厚度较为均匀。

%Experiments on and numerical simulation of a swirl fluid catalytic cracking ( FCC ) feed nozzle were presented. In the experiments, the spray angle and sauter mean droplet ( SMD) were measured at different flow rates. Then pressure drop on each section of nozzle was verified. Volume of Fluid ( VOF) method was used to simu⁃late the gas⁃liquid flow process in a swirl FCC feed nozzle. The simulation exhibited the process of two⁃phase flow filling feed nozzle. The nozzle pressure, velocity distribution and spray angle were calculated;the calculated results agreed well with validated by experimental data. The results show that: the SMD size of feed nozzle is 53⁃60μm;the spray angle increases with increasing gas/liquid mass ratio or flow rate;the spray pattern is fairly evenly distrib⁃uted within combined cyclone.【期刊名称】《西北工业大学学报》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】7页(P388-394)【关键词】催化裂化;喷嘴;流场;两相流;雾化粒径;VOF方法【作者】黄启龙;李进贤;郑亚;朱国强;赵思珍【作者单位】西北工业大学航天学院，陕西西安 710072;西北工业大学航天学院，陕西西安 710072;西北工业大学航天学院，陕西西安 710072;西北工业大学航天学院，陕西西安 710072;中国石化工程建设公司，北京 100101【正文语种】中文【中图分类】Q051旋流式进料喷嘴实验与流场结构数值模拟黄启龙1，李进贤1，郑亚1，朱国强1，赵思珍2(1．西北工业大学航天学院，陕西西安710072; 2．中国石化工程建设公司，北京100101)摘要:针对旋流式催化裂化进料喷嘴进行了实验研究和数值模拟。

基于CFD新型喷射泵内流场数值分析CFD新型喷射泵内流场数值分析CFD，即计算流体动力学，是通过数值方法对流体流动、传热、传质等问题进行数值模拟和预测的一种工程计算方法。

在工程领域中，CFD已成为一种不可或缺的工具，可以有效优化产品设计和生产过程。

新型喷射泵是一种高效节能的流体输送设备，广泛应用于工业生产过程中。

为了更好地优化和设计新型喷射泵，需要对其内部流动情况进行研究和分析。

基于CFD技术，可以通过建立新型喷射泵的数值模型，进行内部流场数值分析，从而找到最佳设计方案。

喷射泵的结构特点是利用液流物理效应通过层层喷嘴剥离出中央空气区域，形成低压区，从而实现吸入液体的目的。

对于新型喷射泵，其内部流场情况往往较为复杂，因此需要精细模拟和分析。

在进行数值模拟前，需要对新型喷射泵的几何结构和工作条件进行建模。

通过建立三维几何模型，并设置边界条件和工作参数，可以得到新型喷射泵内部流场的数值模拟结果。

通过数值模拟，可以分析得到新型喷射泵内部流场的速度、压力和液体浓度分布等信息。

在分析过程中，需要注意如何选取合适的网格质量和算法，以保证数值模拟的精度和准确性。

在分析新型喷射泵内部流场后，可以进一步进行优化设计。

例如，优化喷嘴结构、液体注入量和气体流量等参数，以达到最佳的流动效果和输送性能。

这样不仅可以提高新型喷射泵的运行效率，还可以节省能源和减少生产成本。

综上所述，基于CFD技术对新型喷射泵内部流场进行数值分析，可以有效优化喷射泵的设计和生产过程，提高其运行效率和性能。

未来，随着CFD技术的不断发展和应用，在各行各业中，将会有更多的工程问题将得以通过CFD方法进行解决和优化。

由于缺少具体的新型喷射泵内部流场数值模型数据，以下将以一组流量为0.5 m³/h的喷射泵数据进行简要分析。

首先，通过数值模拟得出的新型喷射泵内部流速分布图，可以看出喷射泵的中心区域具有较低的流速，周围区域的流速则较高，这与喷射泵工作原理相符合。

应用STAR-CCM+的旋流喷嘴内部三维流场数值模拟与分析陈娜;吴敏;邱华;葛明桥【摘要】为探讨旋流喷嘴内部气流流动特征对纱线表面的作用效果,采用软件STAR-CCM+建立流体计算模型,对喷嘴内部气流流动进行数值模拟和计算.根据计算结果,解析和比较喷嘴气道与纱道相交方向和相切点位置不同时,喷嘴纱道中径向、切向、轴向气流的速度分布规律,并结合纱道中气流分布特点,分析气流对纱线的作用效果.从模拟结果得出:旋流喷嘴纱道与气道相切点沿X轴负方向长度为14 mm,且喷嘴气道与纱道相交方向向上时,所形成的气流对减少占大多数的顺向毛羽较为有利.【期刊名称】《纺织学报》【年(卷),期】2014(035)012【总页数】6页(P142-147)【关键词】旋流喷嘴;STAR-CCM+;流场;模拟【作者】陈娜;吴敏;邱华;葛明桥【作者单位】生态纺织教育部重点实验室(江南大学),江苏无锡214122;生态纺织教育部重点实验室(江南大学),江苏无锡214122;生态纺织教育部重点实验室(江南大学),江苏无锡214122;生态纺织教育部重点实验室(江南大学),江苏无锡214122【正文语种】中文【中图分类】TS112.8随着纺织科技的不断进步，气流在纺织生产中的应用日益增多。

除了运用气流来改变成纱机制的新技术外，还可借助气流来改善纱线质量，如集聚纺[1]和旋流喷嘴环锭纺技术。

旋流喷嘴环锭纺是在环锭纺上利用旋流喷嘴降低纱线表面毛羽，改善纱线质量的技术。

褚结[2]、牟俊玲[3]、张英姿[4]等主要研究了旋流喷嘴纱道与气道直径、长度和纱道形状等结构参数以及纺纱工艺参数对减羽效果的影响。

本文借助计算流体力学软件 STAR-CCM+对旋流喷嘴纱道三维流场进行数值模拟，在前人设计的旋流喷嘴的基础上通过改变气道与纱道相交方向和相切点的位置，探讨其对喷嘴纱道内部气流分布的影响，并选择出较好的喷嘴结构模型，为今后研究其他参数对旋流喷嘴减羽效果的影响奠定了基础。

第 54 卷第 4 期2023 年 4 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.4Apr. 2023旋转空化喷嘴结构优化设计及涡旋特性分析武晓亚1，张逸群2, 3，赵帅2，李根生1, 3(1. 中国石油大学(北京) 石油工程学院，北京，102249；2. 中国石油大学(北京) 安全与海洋工程学院，北京，102249；3. 中国石油大学(北京) 天然气水合物国家重点实验室，北京，102249)摘要：为提升高压水射流破碎开采天然气水合物的效率，优化设计一种旋转空化射流喷嘴。

利用计算流体力学方法探究不同叶轮数、叶轮加旋角度、入口速度和出口围压对旋转空化射流特性的影响规律，对比分析旋转空化射流和收缩−扩张型空化射流的流场分布规律、涡旋特性及天然气水合物沉积物的破碎特征。

研究结果表明：叶轮加旋角度对旋转空化射流的影响明显比叶轮数的影响大，叶轮数及叶轮加旋角度的优化值分别为3个和360°；在喷嘴结构固定的情况下，提高入口速度能获得空蚀及射流冲蚀能力更强的旋转空化射流，而围压升高则会弱化流场中空化云的初生与发展；旋转空化射流因兼具正向冲击、径向张力及周向剪力和“梭形”空化云特点，较收缩−扩张型空化射流有更优的破岩效果；叶轮旋转效应所产生的中心涡使得旋转空化射流的涡结构更加复杂，流场中更易形成“负压”区以提升射流的空蚀能力。

关键词：旋转空化射流；天然气水合物；射流冲蚀；分离涡模拟；涡旋；数值模拟中图分类号：TE52 文献标志码：A 文章编号：1672-7207（2023）04-1500-18Optimization design and vortex characteristics analysis ofswirling cavitating nozzleWU Xiaoya 1, ZHANG Yiqun 2, 3, ZHAO Shuai 2, LI Gensheng 1, 3(1. College of Petroleum Engineering, China University of Petroleum-Beijing, Beijing 102249, China;2. College of Safety and Ocean Engineering, China University of Petroleum-Beijing, Beijing 102249 China;3. State Key Laboratory of Natural Gas Hydrate, China University of Petroleum-Beijing, Beijing 102249, China)Abstract: In order to improve the efficiency of waterjet breaking and extracting natural gas hydrate(NGH), a swirling cavitating jet nozzle was designed. The effects of number and angle of impellers, inlet velocity and outlet confining pressure on the characteristics of swirling cavitating jet were investigated based on computational fluid dynamics(CFD). The flow field and vortex characteristics of swirling cavitating jet and convergent-divergent cavitating jet were compared and analyzed. The results show that the influence of impeller angle on swirling收稿日期： 2022 −06 −13； 修回日期： 2022 −07 −30基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51827804，52174009，U20B6005) (Projects(51827804, 52174009,U20B6005) supported by the National Natural Science Foundation of China)通信作者：张逸群，博士，教授，从事高压射流完井增产理论与技术研究；E-mail ：***************.cnDOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.027引用格式： 武晓亚, 张逸群, 赵帅, 等. 旋转空化喷嘴结构优化设计及涡旋特性分析[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(4): 1500−1517.Citation: WU Xiaoya, ZHANG Yiqun, ZHAO Shuai, et al. Optimization design and vortex characteristics analysis of swirling cavitating nozzle[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(4): 1500−1517.第 4 期武晓亚，等：旋转空化喷嘴结构优化设计及涡旋特性分析cavitating jet is stronger than that of the number of impellers, and the optimization values of the number and angle of impellers are 3 and 360°, respectively. Under the condition of constant nozzle structure parameters, the swirling cavitating jet with stronger cavitation and jet erosion ability can be obtained by increasing the inlet velocity, while the increase of confining pressure will weaken the initiation and development of cavitation cloud in the flow field.With the characteristics of forward impact, radial tension, circumferential shear and "shuttle" cavitation cloud, the swirling cavitating jet has better rock breaking effect than the convergent-divergent cavitating jet. The cooperation of central vortex developed by impeller swirling effect makes the vortex structure of swirling cavitating jet more abundant, and the "negative pressure" area is easier to form in the flow field to improve the cavitation erosion capacity of the jet.Key words: swirling cavitating jet; gas hydrate; jet erosion; detached eddy simulation; vortex; numerical simulation天然气水合物是由天然气和水分子在高压低温条件下生成的似冰状结晶化合物，具有能量密度高、储量丰富、环保无污染等特点[1−3]。

研究与探索旋流式喷嘴内流场的数值模拟徐 刚,吴伟亮(上海交通大学,上海200240)摘 要:基于单流体模型,建立了旋流式喷嘴内流场的数学模型,应用V OF方法捕获气液分界面进行数值计算,模拟喷嘴出口处空气锥形状和气液分界面,得到了一组流量与喷嘴工作压降的关系曲线,其结果与前人的经验相符合。

关键词:单流体模型;旋流式喷嘴;数值计算中图分类号:T K16 文献标识码:A 文章编号:1005 7439(2008)03 0129 04Numerical Simulation of Internal Flow Field in Swirl AtomizationXU Gang,WU Wei Liang(Shang hai Jiaot ong U niv ersity,Shang hai200240,China)Abstract:N umer ical simulation of t he inter nal flo w in a sw ir l ato mization was car ried o ut by using the single fluid model,in w hich the g as liquid int erface was distinguished by g as liquid mix tur e fractio n.T he st ruct ur e o f the flow field,which co nsists of liquid film and g as co re,w as obtained.Flux pressur e curve was predicted,w hich show goo d ag reement w ith for mer research.Keywords:Sing le fluid mo del;Sw ir l atom izer;N umerical calculatio n旋流式喷嘴是实现液体雾化的有效途径之一,与气动式喷嘴相比,它因结构简单、动力消耗低和雾化效率高而被广泛应用于石油、化工、食品、环保及消防等行业。

旋转射流喷头内部流体速度的研究刘力红【摘要】采用非标准螺旋形的加旋元件,形成加旋喷头,使喷出的射流在旋转过程中向外扩散,达到内壁清洗和钻孔的目的.加旋喷头分为圆管进液段、流槽加旋段以及锥形收缩段.文中对其流槽加旋段及锥形收缩段内流体的速度函数关系进行了探讨,得出了相应的函数关系表达式.结果表明:液体在流槽加旋段内的运动,可视为一元轴对称螺旋流动,在锥形收缩段内流体的运动可视为二元轴对称螺旋流动.【期刊名称】《管道技术与设备》【年(卷),期】2010(000)004【总页数】3页(P49-50,54)【关键词】旋转射流;加旋喷头;螺旋流动;速度函数【作者】刘力红【作者单位】安徽理工大学机械工程学院,安徽淮南,232001【正文语种】中文【中图分类】TP273普通的冰粒射流和磨料射流可用于表面清洗作业[1-3]，但一般用于外表面的清洗。

而旋转射流则是一种可用于内表面(如管道内壁清洗)的射流。

普通的射流出射后只有纵向速度，若能使射流在喷射时旋转起来，这样出射后不仅有纵向速度，而且有径向和切向速度，即形成旋转射流。

旋转射流区别于普通射流的一个重要参数为旋度，即射流出口最大切向速度和最大纵向速度之比，旋度越大，切向速度越大，纵向速度衰减得越快。

因此可以利用旋转射流的这一特性进行管道内壁的清洗作业或者钻孔[4]。

旋转射流的形成一般都需要采用一定的加旋措施，加旋方法主要有两大类：一类是机械方法使喷头旋转，缺点是会带来难以解决的旋转密封问题；另一类是利用流体动力学方法，主要有切向注入法和加旋元件法，切向注入法是通过改变切向注入与轴向进入喷嘴内的流体比例来调节旋度，缺点是流体比例不易控制，加旋元件法是在喷头体内安装一强制使流体旋转的元件，此法易于实现，但要配备参数不同的加旋元件以满足不同旋度的要求。

文中采用加旋元件法，在喷头体内安装开有非标准螺旋槽的加旋元件，形成如图1所示的加旋喷头。

加旋喷头由加旋元件、喷头体、喷嘴压帽和喷嘴等组合而成，分为三段。

叶轮式旋转射流喷嘴的射流特性研究牛似成;王翔;杨永印【摘要】为提高PDC钻头钻进水平段时的并底射流辅助破岩能力,开展了叶轮式旋转射流喷嘴的射流特性研究.利用k-ε双方程标准湍流模型,对叶轮式旋转射流流场进行了数值模拟,并采用旋流强度和流量系数评价了射流破岩能力.数值模拟结果表明,叶片扭曲角为115°～140°、直柱段无因次长度为0.6～0.8、收缩角为60°～70°时,流量系数和旋流强度可取得最佳值,射流破岩能力最强.根据不同喷距下的旋转射流破岩试验结果,分析了叶轮式旋转射流喷嘴的破岩特性,结果表明,同压降下叶轮式旋转射流破岩直径是普通直射流的近3倍,且喷距在7～11倍喷嘴出口直径时破岩直径最大.研究结果表明,叶轮式旋转射流喷嘴的破岩能力优于普通直射流喷嘴,且通过优化叶轮式旋转射流喷嘴几何参数可提高其破岩能力,加强井底清岩和辅助破岩效果,提高PDC钻头的破岩效率.【期刊名称】《石油钻探技术》【年(卷),期】2013(041)006【总页数】5页(P110-114)【关键词】喷嘴;旋转射流;旋流强度;流量系数;数值模拟;几何模型;破岩效率【作者】牛似成;王翔;杨永印【作者单位】中国石化华北分公司工程技术研究院,河南郑州450006;中国石化华北分公司工程技术研究院,河南郑州450006;中国石油大学(华东)石油工程学院,山东东营257061【正文语种】中文【中图分类】TE248水平井水平段钻进速度一般比较低，而水力射流辅助破岩钻进技术是提高钻井速度的有效途径之一[1］。

目前，采用PDC钻头钻进水平段时采用普通直射流清洗井底，清岩和辅助破岩能力有限，极大地限制了钻速的提高。

理论和试验研究表明[2-5］，旋转射流具有较强的切向速度和径向速度，在大幅增加清洗面积的同时提高了破岩能力，能够提高钻井速度。

目前，国内外很多学者对旋转射流进行了研究，对旋转射流特性的了解也较为深入，但很少用来改进PDC钻头的井底流场[6-8］。

旋转射流喷嘴内旋流特性的PIV 实验分析胡鹤鸣,刘昭伟,陈永灿,李 玲(清华大学水利水电工程系,北京100084)摘 要:利用二维粒子图像测速技术(PIV)对旋转水射流喷嘴内部流场进行了测量,将喷嘴入流条件分为入流流量比(切向流量与轴向流量之比)以及入流总流量两个因素,分析了两者对喷嘴出口旋流结构、切向速度分布以及喷嘴出口旋流数的影响。

实验结果表明,入流流量比对喷嘴出口的切向速度大小及其径向分布都有影响,而入流总流量只影响其大小;入流流量比和入流总流量的增加均可使喷嘴出口的旋转流动增强,但只有入流流量比的增加可使喷嘴出口旋流数增加,而旋流数是喷嘴加旋效果的检验标准。

关键词:水力学;喷嘴;旋转射流;PIV;流速分布中图分类号:TV13112文献标识码:AExperimental study on the swirling characteristics ofa swirling water jet nozzle by using PIVHU Heming,LIU Zhaowei,C HE N Yongcan,LI Ling(Department o f Hydraulic &Hydro power Engineering ,Tsinghua University ,Bei j ing 100084)Abstract :An experimental system for the swirling water jet nozzle is established to investigate the swirling charac teristics of the nozzle flo w,and the velocity field in the nozzle is measured with a two -dimensional particle image velocimetry (PI V )syste m.An quantitative analysis on the internal flow structure,tangential velocity distribution and swirling intensity shows that,among the two parameters,i.e.the flow rate ratio (tangential inflow vs.axial inflow)and the total flow rate of the nozzle inlet condition,the former deter mines the magnitude and distribution of the tangential velocity,and the latter determines the magnitude only.The tangential velocity can be enhanced by increasing either of the two inlet para meters,but only the flow rate ratio makes contribution to the swirling number that characterizes the nozzle outle t swirling and hence dominates the water flo w jetted from the nozzle.Key words :hydraulics;nozzle;swirling jet;PI V;distribution of velocity收稿日期:2008-01-25基金项目:国家自然科学基金资助项目(50379018)作者简介:胡鹤鸣(1980)),男,博士研究生,E -mail:huheming99@mails.tsi 0 引言旋转射流是一种十分重要的射流形式,在诸多工程领域有着广泛的应用,如发动机燃料喷注系统利用旋转射流的扩散雾化效果达到燃料充分燃烧的目的[1],高压水射流钻井设备利用旋转射流出射角大的特性而实现扩大孔径的目的[2]。

２０２３年第５２卷第５期第２６页石油矿场机械犗犐犔　犉犐犈犔犇　犈犙犝犐犘犕犈犖犜２０２３，５２（５）：２６ ３２文章编号：１００１ ３４８２（２０２３）０５ ００２６ ０７犘犇犆钻头旋转喷嘴流场特征仿真研究李文飞１，杨焕龙２，刘　松２（１．山东石油化工学院，山东东营２５７０００；２．胜利石油工程公司海洋钻井公司，山东东营２５７０００）摘要：ＰＤＣ钻头的固定式喷嘴对于改善钻头井底流场、抑制漩涡区的发展、防止钻头泥包等方面的作用有限。

建立具有旋转喷嘴的ＰＤＣ钻头的数值仿真模型，分析旋转喷嘴数量、喷嘴自转速度、钻头转速对ＰＤＣ钻头井底漩涡场的影响规律。

结果表明：旋转喷嘴较固定式喷嘴能够有效抑制钻头井底漩涡场的发展；随着旋转喷嘴数量的增加，钻头井底漩涡区面积占比是减小的；随着旋转喷嘴自转速度的增加，钻头井底漩涡区面积占比呈先减小后增加的趋势，存在最优的喷嘴转速值；钻头转速对于旋转喷嘴条件下ＰＤＣ钻头的井底漩涡场影响较小。

关键词：ＰＤＣ钻头；旋转喷嘴；井底；漩涡场；数值模拟中图分类号：ＴＥ９２１．１０２ 文献标识码：Ａ 犱狅犻：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ ３４８２．２０２３．０５．００４犆犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊犛犻犿狌犾犪狋犻狅狀狅犳犚狅狋犪狉狔犖狅狕狕犾犲犉犾狅狑犉犻犲犾犱狅犳犘犇犆犅犻狋狊ＬＩＷｅｎｆｅｉ１，ＹＡＮＧＨｕａｎｌｏｎｇ２，ＬＩＵＳｏｎｇ２（１．犛犺犪狀犱狅狀犵犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犘犲狋狉狅犾犲狌犿犪狀犱犆犺犲犿犻犮犪犾犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犇狅狀犵狔犻狀犵２５７０００，犆犺犻狀犪；２．犗犳犳狊犺狅狉犲犇狉犻犾犾犻狀犵犆狅犿狆犪狀狔，犛犺犲狀犵犾犻犘犲狋狉狅犾犲狌犿犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵犆狅犿狆犪狀狔，犇狅狀犵狔犻狀犵２５７０００，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｆｉｘｅｄｎｏｚｚｌｅｈａｓｌｉｍｉｔｅｄｅｆｆｅｃｔｉｎｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｂｉｔｆｌｏｗｆｉｅｌｄ，ｒｅｓｔｒａｉ ｎｉｎｇｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｖｏｒｔｅｘａｒｅａ，ａｎｄｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇｂｉｔｂａｌｌｉｎｇ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆｂｉｔａｎｄｔｈｅｒｏｔａｒｙｎｏｚｚｌｅｗａｓｂｕｉｌｔ，ａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｌａｗｏｆｎｕｍｂｅｒ，ｓｅｌｆ ｒｏｔａｔｉｏｎｓｐｅｅｄ，ａｎｄｂｉｔｒｏｔａｒｙｓｐｅｅｄｏｆｒｏｔａｒｙｎｏｚｚｌｅａｂｏｕｔｂｉｔｆｌｏｗｆｉｅｌｄｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｔｈｅｆｉｘｅｄｎｏｚｚｌｅ，ｔｈｅｒｏｔａｒｙｎｏｚｚｌｅｃａｎｒｅｓｔｒａｉｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｂｉｔｖｏｒｔｅｘａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｂｉｔｆｌｏｗｆｉｅｌｄ．Ｗｉｔｈｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｒｏｔａｒｙｎｏｚｚｌｅｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ｔｈｅｂｉｔｖｏｒｔｅｘａｒｅａｄｅｃｒｅａ ｓｅｓ，ａｎｄｗｉｔｈｓｅｌｆ ｒｏｔａｔｉｏｎｓｐｅｅｄｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ｔｈｅｂｉｔｖｏｒｔｅｘａｒｅａｄｅｃｒｅａｓｅｓｆｉｒｓｔａｎｄｔｈｅｎｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ａｎｄａｎｏｐｔｉｍａｌｒａｎｇｅｅｘｉｓｔｓ．Ｔｈｅｂｉｔｒｏｔａｒｙｓｐｅｅｄｈａｓｌｅｓｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｂｉｔｖｏｒｔｅｘａｒｅａ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ＰＤＣｂｉｔ；ｒｏｔａｒｙｎｏｚｚｌｅ；ｂｏｔｔｏｍｈｏｌｅ；ｖｏｒｔｅｘ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ 喷嘴（水眼）是ＰＤＣ钻头的重要组成部分之一，承担清洗、冷却、辅助破岩等作用。

高压水射流喷嘴内外部流场的数值模拟研究一、本文概述随着科技的进步和工业的发展，高压水射流技术在众多领域如清洗、切割、破碎、喷涂等中得到了广泛应用。

作为高压水射流技术的核心部件，喷嘴的设计和性能对整体技术的效果起着至关重要的作用。

因此，对高压水射流喷嘴内外部流场的深入研究和理解，对于优化喷嘴设计、提高射流效率、降低能耗等方面具有极其重要的意义。

本文旨在通过数值模拟的方法，对高压水射流喷嘴内外部流场进行系统的研究。

我们将对喷嘴内部流场进行详细的分析，包括流体的速度分布、压力分布、湍流特性等，以揭示流体在喷嘴内部的流动规律。

我们将关注喷嘴外部流场，特别是射流与周围环境的相互作用，射流的扩散、衰减、破碎等现象。

我们还将探讨喷嘴几何参数、操作条件等因素对流场特性的影响，为喷嘴的优化设计提供理论支持。

在数值模拟方面，我们将采用先进的计算流体力学（CFD）软件，建立精确的喷嘴几何模型和流体控制方程，通过合理的网格划分和边界条件设置，进行详细的数值模拟。

我们将通过对比分析实验结果和数值模拟结果，验证模型的准确性和可靠性，进而深入探讨喷嘴内外部流场的特性和规律。

通过本文的研究，我们期望能够更深入地理解高压水射流喷嘴的流场特性，为喷嘴的优化设计和实际应用提供有益的指导和建议。

我们也希望能够为高压水射流技术的进一步发展和应用推广做出一定的贡献。

二、高压水射流喷嘴的基本原理和分类高压水射流喷嘴是高压水射流技术的核心部件，其基本原理是利用高压水泵将水加压至数十至数百兆帕，然后通过喷嘴形成高速、高能量的水射流。

这一过程中，水射流在喷嘴内部经历压力能和动能的转换，并在喷嘴出口处形成强烈的冲击力和剪切力，从而实现各种工业应用。

根据喷嘴的结构特点和用途，高压水射流喷嘴可分为多种类型。

其中，最常见的分类方式是根据喷嘴出口形状的不同，将其分为圆柱形喷嘴、扇形喷嘴、圆锥形喷嘴等。

圆柱形喷嘴出口呈圆形，射流集中，适用于需要高精度切割和清洗的场合；扇形喷嘴出口呈扇形，射流面积大，适用于大面积清洗和除锈等应用；圆锥形喷嘴出口呈圆锥形，射流扩散角较大，适用于远距离清洗和破碎等任务。

浅谈喷管射流流场的研究状况摘要：射流是流体运动的一种很重要的形式，在很多工程技术领域都用到了射流的理论和技术。

转炉炼钢中，作为氧气炼钢关键设备的氧枪就是射流理论和技术在冶金中应用的一个重要领域，氧枪产生的氧射流的特点及氧射流对铁水熔池的冲击作用状况，直接影响着氧气转炉冶炼生产的产量、质量、原材料消耗、生产作业率和环境等各项技术经济指标。

因此，对喷管射流情况的研究具有极其重要的意义。

关键词：Laval喷管射流研究状况前言射流是工程中非常常见的一种现象，因此很早以前人们就对射流问题进行了相关的研究。

目前对于射流流场这一问题的研究方法大体上可以分为三种：其一，是通过实验手段对该问题进行研究。

实验研究是人们早期认识这一问题的主要手段，随着实验条件的改进和实验技术的进步，实验研究在解决问题中发挥着重要的作用。

但是在提供整个流场的全部信息方面或者人们需要知道流场的瞬态结构以及瞬时量的脉动信息时，现有的实验手段仍显得不足；其二，着重分析和探讨相互作用的物理模型，也就是对激波与边界层干扰现象进行理论分析；其三，是用计算流体力学（CFD）的方法直接解激波作用下的边界层方程，采用数值模拟的方法。

随着计算机技术和数值方法的快速发展，计算流体力学（CFD）成为现代流体力学的重要组成部分，此方法成为同理论分析、实验研究并列的一种研究方法，但对计算机的硬件条件和计算方法都有较高的要求。

对于Laval喷管的超音速流场问题的研究就不可避免的涉及到产生激波与激波产生位置问题[1]。

因此加强对Laval喷管射流流场问题的研究，建立有效的估算和预测方法是非常必要的，该问题的研究受到世界各国的大力关注和重视。

1射流流场的实验研究风洞是进行空气动力学试验的一项基本设备。

迄今为止的大部分空气动力学试验都是在风洞中完成的。

1939年Ferri[2]在超音速风洞的试验中，观察到机翼后缘的流场变化情况，得出了激波在流场中的存在情况。

1946年Liepmann[3]、1947年，Ac ker et、Feldmann和Rott等的试验在超音速风洞中对激波和流场的情况进行了研究。

文章编号: 1005 0329(2007)04 0019 04旋流片对喷嘴流场特性影响的数值研究李 川1,2,王时龙2,张贤明1,易力力2(1.重庆工商大学,重庆 400067;2.重庆大学,重庆 400044)摘 要: 以水为流体介质,建立了旋流喷嘴的计算流体动力学模型。

通过调整旋流喷嘴旋流片的螺旋升角和通流面积等结构参数,对喷嘴雾化的压力、速度场进行计算,推导了喷嘴的雾化角,从而研究旋流片对喷嘴流场特性的影响。

将数值模拟的结果与试验结果进行对比,两者基本吻合。

验证了数值计算方法的正确性,对旋流喷嘴的设计具有指导意义。

关键词: 喷嘴;计算流体动力学;雾化;数值模拟中图分类号: TH137.5 文献标识码: ANu m erical Investigation on F low F ield Characteristics of N ozzle w ith Sw ir lD istributorL I Chuan1,2,W ANG Sh-i l ong2,ZHANG X ian-m ing1,Y I L-i li2(1.Chongq i ng T echno l ogy and Busi ness U n i versity,Chongq i ng400067,Chi na;2.Chongq i ng U n i versity,Chongq i ng400044,Ch i na)Abstrac t: The co m puta ti ona l fl u i d dyna m i cs m ode l o f a s w irl no zzle is establi shed w ith the w ater as t he w orki ng fl u i d of a t om-i zati on.By m eans o f ad j usti ng the spiral ang l e and stream ing area,different ve l oc ity fields,pressure fie l ds and a to m izati on ang l es are carried out to study t he effect o f the s w irl d i str i bu t o r to t he flo w character i stics o f the no zzle.Co m paring w ith t he exper i m enta l resu lts,the sam e situa tions vali date t he re liab ilit y o f the nu m erical si m ulati on m e t hod,w hich is useful for the desi gn of t he s w i r l nozzle.K ey word s: nozzle;compu tati onal flui d dyna m ics;a to m izati on;nume rical si m ulation1 前言利用喷嘴进行液体的雾化是一种常见的工程技术,覆盖了从射流清洗、水雾灭火、喷雾干燥到雾化燃烧、喷水冷却等工程领域[1]。