潘岩
- 作品数：8 被引量：30H指数：3
- 供职机构：北京科技大学机械工程学院更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金更多>>
- 相关领域：矿业工程金属学及工艺理学更多>>
- 壁面约束作用下的空化射流冲蚀模式
- 2023年
- 空化射流的冲蚀效果与冲蚀模式研究对于提高射流的导向压裂能力至关重要,导流口结构和靶面对出口射流施加壁面约束作用,影响射流的冲蚀效果,但其影响规律及冲蚀模式演变过程尚不清晰。在喷嘴下方增设导流口结构,分析导流口壁面和靶物壁面对射流空化发展过程的影响机制;基于冲蚀试验,获取试样的质量损失及表面冲蚀形貌,分析导流口直径、长度及靶距对射流冲蚀效果的影响规律及其冲蚀模式的演变规律,进而探究不同冲蚀模式下射流对砂岩的冲蚀效果。试验结果表明,增设导流口结构能够极大增强射流的冲蚀效果,与无导流口结构相比,增设导流口结构质量损失增幅达215%;随靶距增大,试样质量损失呈现双冲蚀峰,第2峰值靶距范围内(s/d=8~10)射流冲蚀效果最强;第2峰值靶距后,射流冲蚀效果衰减,减小导流口直径(D_(c)/d=4)或增大导流口长度(L_(c)/d=8),射流冲蚀效果增幅明显,试验条件下质量损失增幅可达10倍;空化射流具有不同的冲蚀模式,随靶距增大,由双环冲蚀模式变为单环冲蚀模式,且单环冲蚀模式下试样冲蚀形貌受导流口结构影响较大。开展砂岩冲蚀试验,第1峰值靶距下,冲蚀坑呈倒漏斗型,底部表面均匀;第2峰值靶距下,冲蚀坑深度及体积大幅提高,底部有明显突起。研究成果揭示了导流口结构和靶距形成的壁面约束作用对射流冲蚀效果及冲蚀模式的影响规律,为提高水射流射孔导向压裂效果提供了技术支撑。
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- 关键词：空化射流
- 基于管道流体信号的自振射流特性检测方法被引量：2
- 2019年
- 提出基于管道流体信号的自振射流特性检测方法,将压力传感器从高压罐内移至高压罐外,布置在高压罐外的前端管路上,从而避开高围压环境影响;通过双压力传感器拾取管道流体压力脉动信号,并运用信号处理技术有效抑制干扰噪声,提高有用信号强度,准确获取射流的压力脉动信息.试验表明,管道流体压力信号的频谱特征与喷嘴腔内检测法具有一致性,且与理论计算较为吻合,充分表征了射流的压力振荡特性;其声功率谱与高压罐内水听器检测结果相一致,较好地表述了射流的空化作用特性.由此认为基于管道流体信号的检测法用于自振射流特性的检测是完全可行的,具有先进性,为高围压下自振射流的研究提供了新手段.
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- 关键词：压力振荡
- 喷嘴出口结构参数对风琴管射流空化作用的影响被引量：9
- 2019年
- 风琴管射流的空化作用虽由其振荡特性诱发,但受制于其出口结构,出口结构对空化作用的影响一直被忽视。首先从射流空化作用机理出发,分析风琴管喷嘴出口边界层流动特性,揭示喷嘴出口结构与空化作用的内在联系。基于水声学原理,采用噪声信号分析法研究了相同空化数下出口结构参数对风琴管射流空化作用的影响,探究不同空化数下出口结构参数对射流空化作用的影响规律。试验结果表明,流道长度L1、扩口长度L2及扩口角度θ等喷嘴出口结构参数对射流空化作用效果均产生显著影响,L1仅对射流空化作用产生直接影响,L2仅对射流空化作用产生间接影响,而θ对射流空化作用产生双重影响;L1、L2及θ对射流空化作用的影响具有明显的规律性,均存在合理的取值范围,在该范围内射流空化作用效果较佳。风琴管射流的高频振荡特性只是自振射流发生空化作用的前提条件,而喷嘴的出口结构在一定程度上决定着自振射流的实际空化作用效果。
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- 关键词：喷嘴空化噪声
- 喷嘴出口结构参数对自振射流振荡特性的影响被引量：1
- 2023年
- 自振射流的振荡特性决定其自激振荡及冲蚀效果,受喷嘴出口结构影响较大,但其影响规律尚不十分清晰。首先从自振射流产生机理出发,分析射流频率组成及特性影响因素,探究出口结构与振荡特性的内在联系。基于信号检测手段,拾取不同出口结构下自振射流压力及噪声信号,实时调整射流作业围压以连续改变自激频率,同时对上述信号进行时频分析以实现射流自激频率及谐振腔声学固有频率的解耦。试验结果表明,扩口角度及扩口长度等喷嘴出口结构参数对自激频率具有显著影响,进而改变自振射流振荡特性。喷嘴扩口角度决定了射流自激振荡的产生与否,恰当的扩口角度能够促进射流剪切层涡环脱落,进而引起初始压力激励,而扩口角度为0°时无法产生有效自激振荡;当扩口角度由10°增加到40°时,自激频率先减小后增加;扩口角度亦会促进自振初生,一定范围内随扩口角度减小,其自振初生空化数呈增高趋势。扩口长度会影响自激频率及自振初生空化数,随扩口长度增加,自激频率减小而自振初生空化数增大。研究揭示了喷嘴出口结构参数对自振射流振荡特性的影响规律,并初步探究了其作用机理,同时定性讨论了喷嘴出口结构参数对射流自振初生空化数的影响,为深入认识自振射流振荡特性提供了支撑。
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- 关键词：振荡特性固有频率
- 围压条件下风琴管射流自激频率的估算模型被引量：7
- 2018年
- 风琴管射流自激频率的确定对于调制射流达到强烈的振荡冲蚀效果具有重要作用,而目前难以准确获得,主要原因在于斯特劳哈尔数Sd大小与射流参数、空化数及喷嘴结构参数等诸多因素有关。通过分析风琴管射流自激振荡机理,探讨了自激频率与空化数的关系;基于流体压力脉动信号检测法获取风琴管射流的时域信号及其频谱,并运用'三波共振'理论确定射流的自激频率,依据涡街理论推导出斯特劳哈尔数;通过试验分析环境围压、射流工作压力及射流空化数对自激频率的影响,获得斯特劳哈尔数与射流空化数的关系曲线;基于最小二乘法得到斯特劳哈尔数的拟合公式,建立不同工作压力及围压条件下射流自激频率的估算模型。试验结果表明,给定喷嘴结构条件下,斯特劳哈尔数受环境围压、射流工作压力影响,其取值主要由空化数确定。斯特劳哈尔数的取值范围以估算模型来代替,减少了选取斯特劳哈尔数的盲目性,提高了自激频率的理论计算精度。揭示了斯特劳哈尔数的影响因素及其变化规律,能为自振射流技术在深海领域的应用研究提供理论依据。
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- 关键词：空化数
- 风琴管喷嘴和赫姆霍兹喷嘴射流特性分析被引量：12
- 2017年
- 风琴管喷嘴与赫姆霍兹喷嘴是2种典型的自振射流喷嘴,其结构上的差异决定了射流特性的不同。基于水声学和流体网络理论,分析了2种喷嘴的结构特点及其产生的自振射流机理。为了研究2种自振喷嘴的射流特性,采用直接提取喷嘴腔内压力脉动信号的方法,通过信号分析研究自振射流的频率特性;同时,将打击试验与噪声分析方法相结合,分析了不同喷嘴射流的空化特性。试验结果表明,相对于普通喷嘴,风琴管喷嘴与赫姆霍兹喷嘴均能产生高频压力振荡并促进空化的产生,而赫姆霍兹喷嘴共振腔对射流自振幅值有放大作用且空化效果更为明显。
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- 关键词：煤矿降尘
- 赫姆霍兹喷嘴自振射流特性的试验研究被引量：1
- 2018年
- 为了提高低透气性煤层的采前预抽效果,增加赫姆霍兹喷嘴自振射流冲蚀效率,基于信号分析方法,从射流的流动状态入手研究赫姆霍兹射流的本质特性。采用传感技术直接获取喷嘴腔内流体压力脉动信号,基于频谱分析法研究不同结构的赫姆霍兹喷嘴产生的自振射流的振荡特性。然后采用声传技术检测围压下自振射流打击标靶时的噪声等级,通过声功率谱探讨了自振射流的空化效果。试验结果表明:赫姆霍兹喷嘴上部分结构参数对自振射流的频谱结构和自激共振频率大小起决定作用,而下部分振荡腔结构对自振射流的频谱幅值具有选择性放大功能,但对自振射流的频谱结构几乎无影响;赫姆霍兹喷嘴上部分结构促进了自振射流的空化产生,而下部分振荡腔增强了自振射流的空化效果。射流的幅频特性和声功率谱研究可为自振射流喷嘴的设计提供新途径。
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- 关键词：频率特性空化噪声信号分析
- 自振射流装置结构及频率特性被引量：2
- 2020年
- 自振射流频率特性包括低频脉动与高频振荡,其发生机理与应用条件均存在较大差异,而现有研究较少。基于流体网络理论建立数学模型,分别计算流体管网与喷嘴的声谐固有频率;基于信号分析方法,获取自振射流的全频谱结构,进而探讨射流装置结构与射流频率特性的关系。试验结果表明,一个完整的自振射流频谱由低频脉动和高频振荡两部分组成,但两者相差近两个数量级;自振射流的低频脉动通常由管网内流体扰动引发,当扰动频率与管网固有频率相接近时,低频振荡增强;其高频振荡由喷嘴出口处流体涡激振动引发,当涡振频率与喷嘴声谐固有频率相接近时,射流产生强烈的高频振荡;低频脉动射流不受喷嘴出口形状和外部环境参数影响,可应用于非淹没或低围压环境下,而高频振荡射流受喷嘴出口形状和外部环境参数影响大,可应用于围压条件下。研究成果揭示了射流装置结构与射流频率特性的关系,为自振射流装置结构设计及深海资源开采提供了技术支撑。
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- 关键词：频率特性高频振荡
