淹没条件下高压水射流的流场特性研究

摘要传统的鱼雷等水下航行体，尾部安装有鳍舵，主要通过操控舵机构改变或保持其运动姿态。

随着科学技术的进步，水下航行体的应用越发广泛，而复杂多样的任务要求水下航行体具有更高的机动性能。

近年来，以航行体尾部发动机推力矢量、侧喷气流等作为控制力的水下航行体新型控制方法，渐渐受到科研工作者的重视。

侧喷气流控制方法指的是，通过安装在水下航行体侧面的气体发生装置，喷射气体射流的方式来给航行体提供控制力的一种新概念控制方法，具有不受水深位置限制，随时投入使用和关闭迅速，多点精细操控等优点，可以为水下航行体，尤其是高速运动的水下航行体提供较好的机动性能。

水下航行体侧喷射流问题，是亚、跨音速气体射流在喷管出口附近发展扩散，并与具有横向运动速度的液体相互耦合作用的复杂多相流场问题。

本文通过实验和数值仿真两种方法，对有无横流作用下水下航行体侧喷射流的形成、演化特性及射流流场压力特性等进行了系统深入的研究，为相关侧喷射流控制利用实验和数值仿真的方法，开展了无横流作用下水下航行体侧喷射流生成演化规律及流场动力特性研究。

实验方面，获得了侧喷射流的形成演化规律和流场压力的变化特性，侧喷射流质量流量对射流形态的影响；分析了回击现象产生的原因。

数值模拟方面采用多相流模型，模拟了在无横流作用下水下气体射流生成演化规律和马赫数变化特性。

利用循环水洞开展了不同横流速度作用下，水下航行体侧喷射流的生成演化规律及流场动力特性实验研究。

获得了横流作用下水下航行体侧喷射流的气水交界面变化规律，横流速度和质量流量对射流有效长度的影响规律；不同横流速度和质量流量下流场压力及压力脉动特性的变化规律等。

关键词：水下航行体；侧喷；横流；水洞实验；数值模拟AbstractTraditional underwater vehicles, for example torpedoes, the tail is equipped with fin rudder, mainly to change or maintain its sports posture by the steering mechanism. With the advancement of science and technology, the application of underwater vehicle is more and more extensive, and complex and diverse tasks require with higher maneuverability for the underwater vehicle.In recent years, the new control method of underwater vehicle with the control force of the engine thrust vector and side jet flow has been paid more and more attention by the scientific research workers. The side jet flow control method refers to a new concept for providing a control force by means of a gas generating device on the side of the underwater vehicle. It can provide better maneuverability for underwater vehicle, especially high-speed underwater vehicle, which is not limited by the position of water depth and ready to be used and closed quickly and multi-point fine control.The jet flow in the underwater vehicle is the complex multiphase flow problem of diffusion of subsonic and transonic gas jets. In this paper, methods of experiment and numerical simulation are used to study the characteristics of the formation, evolution and jet flow pressure in the underwater vehicle under the cross flow which provides a basis for the engineering application of the relevant side jet flow.Based on the experimental and numerical simulation methods, the evolution law and the characteristics of side jet in the underwater vehicle without cross flow are studied. In the experiment, the evolution law of the side jet flow and the characteristic of the flow field pressure are analyzed, and the influence of the mass flow rate on the jet shape has also been studied. The reason of the shot back phenomenon is analyzed. In the numerical simulation, the multiphase flow model was used to simulate the evolution rule of the underwater gas jet and the change of the Mach number.without cross flow.The generation and evolution law of the jet flow on the underwater vehicle and the characteristics of the flow field are studied by using the circulating water tunnel under different cross flow velocity. The variation law of the gas - water interface on the underwater vehicle under the cross flow is obtained. The influence of cross-flow velocity and mass flow rate on the effective length of the jet is also studied. It is also got the influence of the cross-flow velocity and the mass flow rate on the characteristics of the flow field pressure and pressure pulsation.Keywords:underwater vehicle; side jet; cross flow; water hole experiment; numerical simulation目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 ....................................................................................................................... I II 第1章绪论 .. (1)1.1课题背景及研究意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.2.1 水下气体射流的研究现状 (2)1.2.2 水下航行体控制研究现状 (5)1.3本文的主要研究内容 (5)第2章实验设计和数值计算方法 (7)2.1引言 (7)2.2喷管模型设计 (7)2.2.1 喷管理论基础 (7)2.2.2 喷管流动状态 (11)2.3实验设计 (13)2.3.1 实验系统设计 (13)2.3.2 实验数据处理方法 (15)2.4数值计算方法 (17)2.4.1 基本控制方程 (17)2.4.2 湍流模型 (18)2.4.3 数值稳定及收敛条件 (20)2.5本章小结 (21)第3章无横流作用水下航行体侧喷特性研究 (22)3.1引言 (22)3.2无横流时水下航行体侧喷形态演化规律研究 (22)3.3无横流作用水下航行体侧喷形态特性研究 (29)3.4无横流作用水下航行体侧喷射流流场压力研究 (30)3.5侧喷射流稳定时回击现象的研究 (35)3.6无横流作用水下航行体侧喷射流的数值模拟研究 (38)3.6.1 数值计算模型 (38)3.6.2 侧喷射流演化规律的数值分析 (39)3.7本章小结 (43)第4章横流作用水下航行体侧喷射流特性研究 (45)4.1引言 (45)4.2横流作用下水下航行体侧喷形态演化规律研究 (45)4.3横流作用下水下航行体侧流形态特性研究 (50)4.4横流作用下水下航行体侧喷射流流场压力研究 (54)4.5横流作用下水下航行体侧喷射流流场压力脉动研究 (57)4.6本章小结 (58)结论 (60)参考文献 (62) (66)致谢 (67)第1章 绪 论1.1 课题背景及研究意义战争中，先进的水下航行体可以与现在的舰艇形成良好的互补，具有许多陆地兵器所不具备的优点，可以以对敌人进行展开具有决定作用的有效打击[1]。

▋引言在压水反应堆系统发生蒸汽发生器传热管破裂事故时，包含放射性产物的一回路冷却剂泄漏到二回路，裂变产物将可能直接通过蒸汽发生器排入大气，造成大量放射性核素外放的风险。

由于压水堆内一回路冷却剂运行压力及温度均远高于二次侧，根据不同的事故序列进程，当传热管破裂时，一回路冷却剂既可能产生大量相变并以蒸汽的形式进入到二次侧，也可能会以高压水的形式泄漏并在通过破裂口的过程中闪蒸，将放射性裂变产物带入到二回路。

二回路内的液相会与一回路排入的蒸汽相互作用，将一回路带入的放射性裂变产物滞留在二回路液相中，减少放射性物质向气相环境的释放。

高温高压水射流的过程中会对液池输入大量的动能和热能，所以在射流过程中液池内的水体会发生温度变化，另外还需要注意在这样的能量传递过程中高温高压水出现的闪蒸现象。

因此排放过程中液池的热工水力现象研究对一二回路之间的放射性物质分布有重要意义，所以本文将研究高温高压水淹没射流条件下池内的水力行为。

同时，传播并行优化相关科学知识。

关于闪蒸的相关问题，近20年间已经有大量学者进行了精细的研究，杨[1]等人研究了真空状态下未达到沸腾条件的水经过降压闪蒸后发生的现象，从此处得到启发进行含有一定过冷度条件的射流实验从而探索其中的规律；季[2-3]等人研究了在闪蒸室内不同温度、压力的水闪蒸后流量以及效率的关系，这为本文中浸没射流后闪蒸行为提供了重要的数据参考；赵[4]等人总结了近年来国内外学者对闪蒸特性的研究以及该研究在工程中的应用；景[5]与李[6]等人通过数值模拟计算方式，得到了不同初始条件下闪蒸状态发生的不同结果，吴[7]等人运用照相与PDA 技术观察了柴油闪蒸喷雾雾束形状与压力雾化的区别，研究了喷射压力和水温对喷雾特性的影响。

周[8-9]等人以制冷剂R134a 闪蒸喷雾为研究对象，得出了液滴速度和液滴直径随距离的变化规律。

Miyatake 等人[10]研究了射流初始温度为 60℃时，过热度、流速、喷嘴直径对闪蒸的影响，发现液体射流闪蒸速率比池水闪蒸快得多。

高压水射流论文总结第1篇一般钻井与牙轮钻头喷嘴之间会有一点距离,但是如果这一距离由于某些原因无限缩小并逐渐达到一定范围的时候,在短时间内钻井井底的实际功率与压力就会快速的上升。

这样一来,相关设计人员就能够根据这一原理, 对牙轮钻井喷嘴不断进行进一步的改进和优化,通过对实际中出现的问题进行研究和分析, 最终得出解决办法,并注重对加长喷嘴牙轮的研究和开发。

在石油工程中使用加长喷嘴牙轮, 能够显著提高工作效率, 同时也加快了工作速度,对其经济效益的增加具有重要的意义[3]。

高压水射流论文总结第2篇总的来说, 目前我国石油行业的发展中水射流技术发挥着重要的作用,有效促进了行业建设发展和进步。

因此,对于目前水射流技术的应用需要加强研究和分析, 并注重研究和探讨其前景展望,促进水射流技术的逐渐成熟, 并提高其技术层次,这对我国科学技术和石油行业的发展都具有重要的意义和作用。

参考文献[1]李根生, 王海柱, 沈忠厚, 田守嶒, 黄中伟,程宇雄.超临界CO2射流在石油工程中应用研究与前景展望[J].中国石油大学学报(自然科学版) , 2013, 05:76~80+87.[2]刘中平, 蔺龙, 艾庆琳, 陈丽.浅论高压水射流技术在油藏工程中的应用[J].化工管理, 2013, 14:29.[3]檀朝东, 陈见成, 刘志海, 王辉萍, 史赞绒,杨若谷.大数据挖掘技术在石油工程的应用前景展望[J].中国石油和化工, 2015,01:49~51.[4]李海燕.石油工程中水射流技术的应用与发展前景[J].化工管理, 2015, 06:69.[5]王春晖.高压水射流技术在高架大修工程中的应用[J].中国市政工程, 2015,05:12~13+16+94.高压水射流论文总结第3篇从20世纪90年代, 我国的石油工程中才开始逐渐应用水射流技术,在石油工程中的运用时间比较短。

这一技术在开发之后, 发展迅速,并逐渐得到广泛的运用,其中主要包括水利建设、工程建筑、航空航天、金属冶炼、石油工程、机械制造、煤炭开采等各个行业。

高压水射流喷嘴内外部流场的数值模拟研究的开题报告
1.研究背景
高压水射流技术已经广泛应用于许多领域，例如清洗、切割、加工等。

射流喷嘴内部的流场对喷嘴性能和射流特性的影响非常重要，因此研究高压水射流喷嘴内外部
流场的数值模拟成为了目前的研究热点。

通过数值模拟分析射流喷嘴内外部的流动特性，可以更好地了解高压水射流的物理机制，优化喷嘴设计，提高喷嘴的效率和使用
寿命。

2.研究内容
本文旨在通过数值模拟研究高压水射流喷嘴内外部流场的特性。

具体内容如下：
（1）建立高压水射流喷嘴的三维数值模型和几何尺寸参数。

（2）利用ANSYS Fluent软件对高压水射流喷嘴内部和外部的流场进行模拟计算，分析流场压力、速度、温度等参数。

（3）通过模拟结果，分析高压水射流喷嘴的性能和流动特性，研究射流喷嘴内
部流动对喷嘴性能的影响。

（4）优化高压水射流喷嘴的设计，提高喷嘴的效率和使用寿命。

3.研究方法
本研究采用数值模拟的方法，使用ANSYS Fluent软件对高压水射流喷嘴进行三
维流场模拟。

首先，建立喷嘴的三维几何模型和网格模型，然后设置物理模型和模拟
参数，进行模拟计算。

最后，根据模拟结果分析和优化喷嘴设计。

4.研究意义
本研究的成果可以为高压水射流技术的进一步发展提供参考。

通过深入研究高压水射流喷嘴的内外部流场特性，优化喷嘴设计，可以提高喷嘴的效率和使用寿命，并
应用于各种领域，例如清洗、切割、加工等。

同时，本研究也可以为相关理论研究提
供支持，为高压水射流技术的普及应用打下基础。

基于FLUENT的淹没环境高压水射流数值模拟刘霄亮;高辉;焦向东;田路【摘要】海底管道配重混凝土的去除工作是大多数水下管道维抢修的前提,高压水射流应用于海底管道配重混凝土的去除工作相比于机械方法优势明显.将高压水射流应用于海底需要探究淹没环境对射流效果的影响,通过FLUENT数值分析,分别研究了喷嘴直径、环境压力、射流压力对淹没射流动压的影响,得到了一些对工程有重要指导意义的结论,结论指出:淹没环境对高压水射流的效果削弱很大;环境压力对射流影响相对较小;喷嘴直径和射流压力对射流效果影响明显.最后通过淹没环境高压水射流破碎混凝土实验应用和验证了仿真所得结论.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2016(000)011【总页数】4页(P117-120)【关键词】高压水射流;淹没环境;FLUENT数值模拟;混凝土清除【作者】刘霄亮;高辉;焦向东;田路【作者单位】北京化工大学机电工程学院,北京100029;北京石油化工学院机械工程学院,北京102617;北京石油化工学院机械工程学院,北京102617;北京化工大学机电工程学院,北京100029【正文语种】中文【中图分类】TH16;TH137海底管道配重混凝土的去除是大多数水下管道维抢修的前提，高压水射流应用于海底管道配重混凝土的去除工作较机械去除的方法有很大的优势，工程应用广泛，但是目前国内还没有掌握这项技术。

高压水射流技术具有传递能量集中、无磨损、减尘和适应性强等优点[1-2]，广泛应用于清洗，切割、矿山开采、石油钻探以及建筑混凝土的破碎、清洗、打毛等项目[3-4]。

将高压水射流应用于海底混凝土的破碎有很大的优势，由于水下环境复杂，要求连续作业时间长，如果用机械去除的方法对刀具要求极高，容易磨损，维护成本很高，而且机械刀具也容易对海底管道造成额外损伤。

在海底应用高压水射流要注意淹没环境和海底高压环境对射流速度和动压较大的衰减作用，所以对淹没环境的高压水射流的相关研究很有必要。

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。