蔡腾飞
- 作品数：14 被引量：58H指数：6
- 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：金属学及工艺矿业工程理学自动化与计算机技术更多>>
- 基于改进HHT方法的自振射流喷嘴腔内信号频率特征提取
- 自振喷嘴腔内压力信号的脉动直接反映了自振射流的特性,有效地提取腔内信号的脉动特征,对分析自振射流产生机理的研究具有重要意义.希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang transform,HHT)能够自适应地将复杂的非...
- 徐平平马飞蔡腾飞易桐潘岩
- 关键词：希尔伯特-黄变换信号频率特征提取
- 文献传递
- 自振空化射流冲蚀模式与机制研究
- 2024年
- 自振空化射流冲蚀模式是射流作业的最直观特征,但其演化机制尚不完全清晰,限制了模式的主动调控及射流高效应用。首先基于自振空化射流冲蚀试验,探明冲蚀模式随空化数和靶距的演变规律,通过高速摄像手段获取不同冲蚀模式下空泡云瞬时形态特征,采用正交模态分解得到空泡溃灭的统计规律;在此基础上,基于瞬态大涡模拟的计算流体动力学仿真方法,获得典型冲蚀模态下流体动力学特性,深入探究并揭示冲蚀模式形成机制。研究结果表明,不同空化数下随靶距变化,射流冲蚀特征呈现出3种典型冲蚀模式A、B、C,其中冲蚀模式A由冲蚀环1和较大冲蚀环2组成,冲蚀模式B仅包含冲蚀环1,冲蚀模式C主要由冲蚀环1及较小冲蚀环3组成;三种冲蚀模式中,均存在冲蚀环1,其能量最强,为主环,而不同冲蚀模式之间的转换方式与空化数有关。三种冲蚀模式形成机制如下:靶距较短时,冲蚀模式A中冲蚀环1由空化射流剪切生成的主空泡云溃灭空蚀而成,冲蚀环2由壁面涡环产生的次生空泡云溃灭造成;靶距较长时,冲蚀模式B仅包含冲蚀环1,该冲蚀模式下射流空蚀能力较强;特定空化数及靶距下,冲蚀模式C中冲蚀环1及冲蚀环3,分别由空化射流的主云团与次云团交替脱落后,依次撞击靶物产生。
- 蔡腾飞潘岩潘岩马飞祝启恒马飞
- 关键词：空化射流流体动力学
- 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。
- 潘岩马飞蔡腾飞蔡腾飞祝启恒孙智祥
- 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：3
- 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.
- 蔡腾飞潘岩马飞崔立华邱林宾
- 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：13
- 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。
- 蔡腾飞潘岩马飞邱林宾徐平平
- 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：2
- 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。
- 蔡腾飞马飞马飞祝启恒潘岩孙智祥
- 关键词：振荡特性固有频率
- 自振射流喷嘴腔内压力信号分析方法的研究被引量：8
- 2015年
- 喷嘴腔内流体的压力脉动与自振射流的特性密切相关,获取腔内压力信号并分析其构成对自振射流产生机理的研究具有重要意义。分别应用小波分析和希尔伯特-黄变换(HHT)对实测的腔内压力脉动信号进行对比分析,讨论了两种方法在压力信号提取和时频分析的适用性。结果表明:两种方法都能对腔内信号进行分解与重构,并能很好地提取信号的主要特征信息;HHT不存在基函数的预先选择,且经验模式分解(EMD)得到的本征模函数(IMF)分量能反映原始信号的固有特性,具有实际的物理意义;HHT可得到信号的瞬时频率,更有利于对腔内的脉动信号进行实时观测。相比于小波分析,HHT更适于自振射流压力脉动信号的分析与处理。
- 徐平平柳靖马飞汪晖蔡腾飞马琳
- 关键词：压力脉动信号分析HHT小波分析
- 围压条件下风琴管射流自激频率的估算模型被引量：9
- 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。
- 潘岩蔡腾飞马飞邱林宾崔立华
- 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：15
- 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。
- 韩健蔡腾飞潘岩马飞
- 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。
- 韩健柳靖蔡腾飞潘岩马飞
- 关键词：频率特性空化噪声信号分析
