淹沒(méi)條件下水射流渦旋特性大渦模擬及實(shí)驗(yàn)研究

張欣瑋，湯積仁，盧義玉，周 哲，章文峰，陳鈺婷

（1.重慶大學(xué)煤礦災(zāi)害動(dòng)力學(xué)與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400030；2.重慶大學(xué)復(fù)雜煤氣層瓦斯抽采國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，重慶400030）

淹沒(méi)條件下水射流渦旋特性大渦模擬及實(shí)驗(yàn)研究

張欣瑋1，2，湯積仁1，2，盧義玉1，2，周 哲1，2，章文峰1，2，陳鈺婷1，2

（1.重慶大學(xué)煤礦災(zāi)害動(dòng)力學(xué)與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400030；2.重慶大學(xué)復(fù)雜煤氣層瓦斯抽采國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，重慶400030）

采用大渦模擬方法對(duì)淹沒(méi)條件下水射流的渦量場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，分析流場(chǎng)中渦旋的產(chǎn)生與擴(kuò)散機(jī)制，并通過(guò)相同條件下粒子圖像測(cè)速儀測(cè)量射流的渦量場(chǎng)，對(duì)模擬結(jié)果和方法進(jìn)行驗(yàn)證。模擬研究泵壓和圍壓對(duì)淹沒(méi)射流渦旋特性的影響。結(jié)果表明：在射流流場(chǎng)中，由噴嘴出口產(chǎn)生一系列渦量集中的點(diǎn)渦旋，隨著射流的前進(jìn)渦旋逐漸擴(kuò)散，卷吸周圍介質(zhì)并傳遞能量，卷吸范圍逐漸擴(kuò)大，而卷吸能力沿射流軸向呈指數(shù)衰減；隨著泵壓升高，整個(gè)流場(chǎng)中渦旋的渦量值明顯增大，渦旋擴(kuò)散長(zhǎng)度直線上升；圍壓對(duì)渦量基本沒(méi)有影響，圍壓的增加會(huì)使渦旋擴(kuò)散區(qū)長(zhǎng)度直線下降，減小卷吸作用范圍。

淹沒(méi)水射流；渦旋；大渦模擬；粒子成像測(cè)速

水射流在淹沒(méi)條件下由于周圍水介質(zhì)的黏性剪切作用產(chǎn)生大量渦旋，渦旋的產(chǎn)生與擴(kuò)散就是射流卷吸周圍介質(zhì)，傳遞能量、動(dòng)量使之隨同一起運(yùn)動(dòng)的過(guò)程［1-2］。淹沒(méi)射流產(chǎn)生的渦旋可以卷吸周圍的巖屑形成粒子射流，增強(qiáng)射流的能量［3］。Chen等［4-5］認(rèn)為水射流與周圍介質(zhì)的混合會(huì)使混合層表面形成大渦，同時(shí)從周圍環(huán)境中卷入介質(zhì)，而周圍介質(zhì)從水射流中吸取能量，之后由于渦量擴(kuò)散，渦旋長(zhǎng)大至一定程度后自行融匯于湍流中；Novara等［6］認(rèn)為在湍流混合層的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性中二維渦旋結(jié)構(gòu)起著主要作用；沈忠厚等［7］運(yùn)用有限差分方法對(duì)淹沒(méi)軸對(duì)稱紊流射流流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算；王瑞和等［8］建立了圍壓條件下井底射流流場(chǎng)的物理模型，采用標(biāo)準(zhǔn)的k-ε雙方程模型，用有限元方法對(duì)圍壓條件下的紊流淹沒(méi)射流進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算；楊永印等［9］根據(jù)二維粒子成像測(cè)速（PIV）技術(shù)對(duì)井眼中流動(dòng)的淹沒(méi)射流的動(dòng)力學(xué)流動(dòng)進(jìn)行了系統(tǒng)的測(cè)量。筆者采用大渦模擬和PIV測(cè)試實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法研究淹沒(méi)條件下水射流的渦旋特性，分析射流的渦量場(chǎng)，闡述渦旋的產(chǎn)生與擴(kuò)散的機(jī)制以及射流對(duì)周圍介質(zhì)的卷吸作用，并分析射流的渦量場(chǎng)在不同的圍壓和泵壓的下的變化規(guī)律。

1　大渦模擬

目前，射流流場(chǎng)的數(shù)值模擬方法分為雷諾平均模擬（RANS）、直接數(shù)值模擬（DNS）和大渦模擬（LES）。RANS模型將所有流體渦設(shè)定為各向同性并統(tǒng)一作雷諾平均，無(wú)法得到流場(chǎng)細(xì)節(jié)。DNS則需要計(jì)算所有尺度的流體渦，網(wǎng)格尺寸必須小于Kolmogorov尺度，對(duì)計(jì)算機(jī)的容量和運(yùn)算速度要求高，目前仍難以模擬大雷諾數(shù)的復(fù)雜湍流流動(dòng)。

大渦模擬與傳統(tǒng)湍流模型不同，LES模型使用了濾波思想，把流體渦分為大、小兩種尺度。LES認(rèn)為大尺度渦各向異性，須進(jìn)行直接數(shù)值模擬以獲得流場(chǎng)細(xì)節(jié)；小尺度渦各向同性，只需采用合適的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行模擬即可。大渦模擬能準(zhǔn)確描述高雷諾數(shù)流體的流場(chǎng)細(xì)節(jié)。

1.1控制方程

在實(shí)施大渦模擬方法時(shí)，必須把大渦流場(chǎng)和小渦流場(chǎng)分開(kāi)，以便對(duì)大渦流場(chǎng)實(shí)施模擬計(jì)算，對(duì)小渦流場(chǎng)建立模型。大渦流場(chǎng)是對(duì)實(shí)際流場(chǎng)進(jìn)行過(guò)濾從而將小于網(wǎng)格尺度的小渦過(guò)濾掉而得到的，這一過(guò)程借助于濾波函數(shù)來(lái)進(jìn)行，稱為濾波。在大渦模擬方法中將瞬時(shí)流動(dòng)變量分解成大尺度量和小尺度量，其大尺度量可以通過(guò)一個(gè)在物理區(qū)域上的加權(quán)積分來(lái)表示：

式中，G（x，x′）為空間濾波函數(shù)；D為流體計(jì)算控制域。過(guò)濾函數(shù)定義為

式中，v為計(jì)算單元的體積。

對(duì)于不可壓縮流動(dòng)，大渦模擬控制方程，即濾波后的Navier-Stokes方程為

式中，σij為由于分子黏性而產(chǎn)生的應(yīng)力張量。

亞格子（Sub-grid Scale，SGS）應(yīng)力τij，需要封閉模型：

在渦黏模型中，亞格子應(yīng)力張量τij與濾波后的應(yīng)變速率張量關(guān)系為

式中，βt為亞格子渦黏系數(shù)。在計(jì)算時(shí)，βt采用Smagorinsky-Lilly模型：

Ls為網(wǎng)格的混合長(zhǎng)度，Ls=min（κd，CsV1/3），其中，κ為von Kármán常數(shù)；d為到最近的壁面的距離；V為計(jì)算單元的體積，在計(jì)算時(shí)取Cs=0.1［10］。

1.2邊界條件及網(wǎng)格劃分

出口直徑3.2 mm，計(jì)算寬度為30 mm，長(zhǎng)度為150 mm，如圖1所示。邊界條件包括壓力入口、壁面和壓力出口，設(shè)定不同的入口出口壓力，進(jìn)行3組模擬：①出口壓力設(shè)為0 MPa，入口壓力分別選取5、10、15、20、25 MPa，模擬計(jì)算無(wú)圍壓條件下的渦量場(chǎng)，研究渦旋產(chǎn)生和擴(kuò)散的機(jī)制；②出口壓力設(shè)為2 MPa，入口壓力分別選取5、10、15、20、25 MPa，研究圍壓條件下泵壓對(duì)射流渦旋特性的影響；③入口壓力選定15 MPa，出口壓力分別選取1、2、3、4 MPa，研究圍壓對(duì)射流渦旋特性的影響。

為保證大渦模擬的計(jì)算精度，網(wǎng)格劃分全部使用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，并在壁面及射流邊界處加密，網(wǎng)格間距0.1 mm，劃分網(wǎng)格數(shù)量約為55243個(gè)。

圖1　計(jì)算流域及邊界屬性Fig.1 Calculation geometry and border property

1.3計(jì)算方法和收斂判據(jù)

離散選用中心差分格式，使用PRESTO格式修正壓力梯度，流場(chǎng)計(jì)算使用SIMPLE算法。時(shí)間步長(zhǎng)為射流通過(guò)網(wǎng)格時(shí)間的1/3，即1×10-6s，計(jì)算時(shí)間為射流流經(jīng)整個(gè)計(jì)算區(qū)域所需時(shí)間的3倍，即0.005 s。流體密度取998.2 kg/m3，流體運(yùn)動(dòng)黏滯系數(shù)取0.001003，環(huán)境壓力101 325 Pa。在迭代過(guò)程中，對(duì)解的收斂性進(jìn)行監(jiān)視，并在系統(tǒng)達(dá)到指定精度后結(jié)束迭代計(jì)算，認(rèn)為計(jì)算結(jié)果收斂。

1.4模擬結(jié)果分析

在有旋流動(dòng)流場(chǎng)的全部或局部區(qū)域中充滿著繞自身軸線旋轉(zhuǎn)的流體微團(tuán)，形成了一個(gè)由渦量w表示的渦量場(chǎng)［11］，渦量代表了流場(chǎng)中各點(diǎn)旋度，渦量大說(shuō)明流體微團(tuán)的旋轉(zhuǎn)角速度大，流場(chǎng)擾動(dòng)劇烈，有利于強(qiáng)化流體傳質(zhì)［12］，對(duì)周圍介質(zhì)的卷吸能力較強(qiáng)。

二維流場(chǎng)渦量的表達(dá)式為

式中，ux為質(zhì)點(diǎn)橫向（x）的速度；uy為質(zhì)點(diǎn)豎向（y）的速度。

圖2為大渦模擬計(jì)算得到的泵壓5 MPa、圍壓0 MPa工況下的渦量場(chǎng)。由圖2可知，整個(gè)流場(chǎng)中的渦量峰值均出現(xiàn)在噴嘴出口，而此處渦旋的直徑很小，表明射流一離開(kāi)噴嘴就與周圍靜止的水介質(zhì)發(fā)生劇烈的能量交換和紊動(dòng)擴(kuò)散，誘發(fā)一系列點(diǎn)渦旋，即渦旋產(chǎn)生于噴嘴出口處。

距離噴嘴出口一定距離內(nèi)的中心區(qū)域渦量幾乎為零，可認(rèn)為該區(qū)域內(nèi)射流介質(zhì)不存在橫向或縱向的速度梯度，基本不受周圍介質(zhì)的干擾，定義為無(wú)旋區(qū)。這部分區(qū)域等同于射流的等速核［13］。

在無(wú)旋區(qū)兩側(cè)區(qū)域內(nèi)，渦旋幾乎呈對(duì)稱分布，沿射流發(fā)展方向渦旋直徑不斷變大，而中心渦量逐漸降低。這表明隨著射流發(fā)展渦旋在該區(qū)域內(nèi)逐漸擴(kuò)散，主流與周圍介質(zhì)發(fā)生能量交換、物質(zhì)交換，卷吸周圍介質(zhì)并傳遞能量，使射流束直徑變大，卷吸范圍漸漸增大，而射流主流的能量則逐漸降低，卷吸作用逐漸減弱，定義該區(qū)域?yàn)闇u旋擴(kuò)散區(qū)。擴(kuò)散區(qū)內(nèi)每個(gè)渦旋的最大渦量均出現(xiàn)在渦旋中心，中心渦量決定了射流對(duì)周圍介質(zhì)卷吸作用的強(qiáng)弱，擴(kuò)散區(qū)的長(zhǎng)度與擴(kuò)散角度決定了卷吸作用范圍。

圖2　大渦模擬渦量場(chǎng)Fig.2 Vorticity field chart of large eddy simulation

射流發(fā)展到一定距離后的區(qū)域內(nèi)射流中心線上會(huì)出現(xiàn)渦量，表明無(wú)旋區(qū)兩側(cè)的渦旋擴(kuò)散到一定程度會(huì)在射流中心混合，變成強(qiáng)烈的紊流，形成了紊流混合區(qū)。在該區(qū)域內(nèi)，射流已將周圍介質(zhì)卷入主流中來(lái)，兩者摻混在一起并共同向前運(yùn)動(dòng)。

模擬結(jié)果還表明，在不同的泵壓和圍壓下，射流流場(chǎng)結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生改變，渦旋的產(chǎn)生和擴(kuò)散的過(guò)程同上所述。

2　淹沒(méi)射流PIV測(cè)試實(shí)驗(yàn)

2.1實(shí)驗(yàn)原理及裝置

實(shí)驗(yàn)中采用粒子圖像測(cè)速儀（PIV）對(duì)淹沒(méi)條件下水射流噴嘴出口附近的流場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量。該測(cè)試裝置不與射流介質(zhì)直接接觸，并且能夠?qū)崿F(xiàn)射流流場(chǎng)的可視化，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確且操作簡(jiǎn)單［14］。

圖3為實(shí)驗(yàn)裝置連接示意圖，淹沒(méi)腔體固定在自行研發(fā)的四維水射流測(cè)試臺(tái)上，水射流發(fā)生裝置連接在淹沒(méi)腔體上；淹沒(méi)腔體裝置內(nèi)部尺寸為850 mm×600 mm×450 mm，腔體壁厚為50 mm，玻璃尺寸為300 mm×150 mm。選用收斂性較好的噴嘴（d0= 3.2 mm，出口段長(zhǎng)度9 mm，收縮段錐角15°），激光發(fā)射器發(fā)射出的激光由激光臂傳輸至組合鏡頭，形成的片光源透過(guò)淹沒(méi)腔體裝置上部玻璃垂直照射在噴嘴出口的射流上，CCD相機(jī)透過(guò)腔體側(cè)邊的玻璃拍攝圖片，調(diào)節(jié)Insight 3G軟件，設(shè)定實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的參數(shù)，獲得最佳拍攝圖像。

圖3　測(cè)試裝置連接示意圖Fig.3 Device connection schematic of testing system

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，CCD相機(jī)拍攝范圍為59.6 mm× 44.4 mm，即拍攝噴嘴出口到距離噴嘴出口59.6 mm范圍內(nèi)的射流，可以滿足實(shí)驗(yàn)要求。受淹沒(méi)腔體玻璃強(qiáng)度較低的限制，不進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室圍壓實(shí)驗(yàn)。通過(guò)改變泵壓進(jìn)行5組實(shí)驗(yàn)，泵壓分別選取5、10、15、20、25 MPa，每一種工況下均拍攝200張流場(chǎng)圖片，經(jīng)Insight 3G軟件處理后，選取質(zhì)量較好的圖片，再用Tecplot軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，得到實(shí)驗(yàn)條件下的渦量場(chǎng)，綜合分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)驗(yàn)證大渦模擬的可靠性。

2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，在不同的泵壓下，渦量的分布規(guī)律一致，泵壓不會(huì)影響渦旋產(chǎn)生和擴(kuò)散的機(jī)制。

圖4為PIV實(shí)驗(yàn)泵壓5 MPa時(shí)得到的結(jié)果，對(duì)比相同工況下的大渦模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者得到的射流渦量場(chǎng)結(jié)構(gòu)吻合良好，二者分析得到的渦旋產(chǎn)生和擴(kuò)散的機(jī)制相同，同樣地可以將實(shí)驗(yàn)得到的渦量場(chǎng)分為無(wú)旋區(qū)、渦旋發(fā)展區(qū)和紊流混合區(qū)，驗(yàn)證了由模擬得到的流場(chǎng)是可靠的。

圖4　PIV流場(chǎng)圖Fig.4 Flow field chart of PIV

3　泵壓對(duì)渦旋特性的影響

在射流流場(chǎng)中，每個(gè)渦旋產(chǎn)生時(shí)的渦量決定了自身擴(kuò)散的過(guò)程。渦旋和峰值渦量均產(chǎn)生于剪切作用最劇烈的噴嘴出口處。處理大渦模擬第②組數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，均可得到射流的峰值渦量隨泵壓大致呈直線上升，如圖5所示。這是由于泵壓與射流速度呈二次關(guān)系［15］，射流本身的能量隨泵壓的升高則呈線性增加，而渦量反應(yīng)的是渦旋本身的能量，因此與泵壓呈正相關(guān)。

然而，PIV測(cè)試實(shí)驗(yàn)獲得的渦量值小于大渦模擬計(jì)算的渦量值，這是由于PIV受測(cè)試技術(shù)像素的限制，對(duì)渦旋描述的尺度不足夠小，造成對(duì)渦旋的細(xì)節(jié)拍攝不夠精確，而大渦模擬將網(wǎng)格劃得很小，可以很好的描述流場(chǎng)的細(xì)節(jié)，得到的數(shù)值更加真實(shí)可靠。

圖5　峰值渦量與泵壓的關(guān)系Fig.5 Relationship between peak vorticity and pump pressure

射流是由渦旋擴(kuò)散區(qū)內(nèi)的一系列渦旋卷吸并混合周圍介質(zhì)的，而擴(kuò)散中的渦旋的中心渦量決定了卷吸作用的強(qiáng)弱。以擴(kuò)散區(qū)中各個(gè)渦旋中心距離噴嘴出口的距離為橫坐標(biāo)，中心點(diǎn)的渦量為縱坐標(biāo)，將同一泵壓的數(shù)據(jù)連接，處理結(jié)果如圖6所示。

圖6　渦量與噴距的關(guān)系Fig.6 Relationship between vorticity and spray distance

由圖6可知，在一定的泵壓下，隨著噴射距離的增加，渦量呈指數(shù)衰減，表明沿射流噴射方向，渦旋逐漸地?cái)U(kuò)散，射流束帶動(dòng)周圍介質(zhì)隨同一起運(yùn)動(dòng)時(shí)，使得臨近射流表面的介質(zhì)獲得速度和能量，而原來(lái)位于射流束表面的介質(zhì)的能量則逐漸下降，射流的卷吸能力是逐漸衰減的。但是，當(dāng)泵壓較高時(shí)，各噴距的渦量整體均大于低泵壓時(shí)的渦量值。

射流與周圍介質(zhì)的能量交換在渦旋擴(kuò)散過(guò)程中進(jìn)行，渦旋擴(kuò)散區(qū)的長(zhǎng)度和擴(kuò)散角決定了射流影響周圍介質(zhì)的范圍，對(duì)射流的卷吸作用有重要影響。處理模擬與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到，各工況下的渦旋擴(kuò)散角度（射流上/下邊界與中心軸線的夾角）均在5.9°～6.1°，可以認(rèn)為擴(kuò)散角度不隨泵壓變化而變化；而擴(kuò)散區(qū)的長(zhǎng)度與泵壓的關(guān)系由圖7可知，隨著泵壓的增大，擴(kuò)散區(qū)的長(zhǎng)度呈直線上升。這是由于射流從噴嘴噴出后，依靠慣性前進(jìn)，與周圍介質(zhì)進(jìn)行能量交換，而泵壓升高噴嘴出口速度增加，使得流體的慣性隨之增加，射流與周圍介質(zhì)間的能量交換過(guò)程變長(zhǎng)，周圍介質(zhì)混入射流主流的過(guò)程也隨之延長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)得到的擴(kuò)散區(qū)長(zhǎng)度均略小于模擬數(shù)據(jù)，是由于實(shí)驗(yàn)中存在的阻力以及射流的壓力損失而造成的。

圖7　擴(kuò)散區(qū)長(zhǎng)度與泵壓的關(guān)系Fig.7 Relationship between length of diffusion zone and pump pressure

4　圍壓對(duì)渦旋特性的影響

由于在不同的泵壓下，沿射流軸線方向，渦量的變化趨勢(shì)是一致的，只選擇15 MPa的泵壓進(jìn)行一組實(shí)驗(yàn)研究圍壓的作用是可靠的。根據(jù)大渦模擬第③組結(jié)果，以噴距為橫坐標(biāo)，中心點(diǎn)的渦量為縱坐標(biāo)，將同一圍壓的數(shù)據(jù)連接，處理結(jié)果如圖8所示。

圖8　渦量與噴距的關(guān)系Fig.8 Relationship between vorticity and spray distance

由圖8可知，在一定的圍壓下，隨著噴射距離的增加，渦量也呈指數(shù)衰減。在各圍壓下相同噴射距離處的渦量值相近，表明圍壓的存在基本不改變渦量值的大小，不會(huì)影響渦旋的產(chǎn)生過(guò)程，但并不代表它不會(huì)影響渦旋的擴(kuò)散。

采用前述方法計(jì)算渦旋擴(kuò)散角，結(jié)果表明擴(kuò)散角度亦不隨圍壓變化而變化，因此擴(kuò)散范圍由擴(kuò)散區(qū)長(zhǎng)度決定。如圖9所示，渦旋擴(kuò)散區(qū)長(zhǎng)度幾乎隨圍壓增加呈直線下降。這是由于在圍壓狀態(tài)下，雖然射流中的紊動(dòng)流相似性依然存在，但是圍壓對(duì)射流動(dòng)壓力有明顯影響，動(dòng)壓力衰減速度比沒(méi)有圍壓時(shí)要快，在圍壓作用下，射流的能量一部分用于克服圍壓的阻力，因此與周圍介質(zhì)間的能量交換過(guò)程變短，減小了卷吸作用的范圍。

圖9　擴(kuò)散區(qū)長(zhǎng)度與圍壓的關(guān)系Fig.9 Relationship between length of diffusion zone and confining pressure

5　結(jié) 論

（1）大渦模擬用于研究淹沒(méi)射流的渦旋特性是可行的。

（2）淹沒(méi)條件下，在射流流場(chǎng)中渦旋沿射流中心呈對(duì)稱分布，靠近噴嘴出口的位置，剪切作用最為劇烈，產(chǎn)生一系列點(diǎn)渦，隨著渦旋擴(kuò)散，卷吸周圍介質(zhì)并傳遞能量，渦量沿軸向呈指數(shù)衰減。

（3）渦量值主要受泵壓影響，擴(kuò)散區(qū)長(zhǎng)度隨泵壓的增加呈直線上升，而圍壓的增加會(huì)使得擴(kuò)散區(qū)縮短，減小了卷吸作用范圍。

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（編輯 劉為清）

Large eddy simulation and experimental study on vortex characteristics of water jet in submerged condition

ZHANG Xinwei1，2，TANG Jiren1，2，LU Yiyu1，2，ZHOU Zhe1，2，ZHANG Wenfeng1，2，CHEN Yuting1，2
（1.State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control，Chongqing University，Chongqing 400030，China；2.National&Local Joint Engineering Laboratory of Gas Drainage in Complex Coal Seam，Chongqing University，Chongqing 400030，China）

The large eddy simulation was used to numerically simulate the vorticity field of submerged water jet in submerged condition，through which the mechanism of vortex generation and diffusion in the flow field was analyzed.And the simulation results and methods were validated using the particle image velocimetry（PIV）measurement test of vorticity field under the same conditions.In this way the effect of pump pressure and confining pressure on vortex characteristics of submerged jet were studied.The results show that a series of point vortexes with large vorticity are generated by the nozzle exit in the jet flow field.With the progress of jet development，vortexes spread gradually and entrain the surrounding medium to transfer energy，which causes the scope of entrainment expanded gradually and the entrainment ability decayed exponentially along the jet axis.With the pump pressure increasing，the vorticity of entire flow field increases significantly and the length of vortex diffusion climbs straight.While confining pressure has no effect on the magnitude of the vorticity，and the increase of confining pressure leads to reduce the length of the vortex diffusion.

submerged water jet；vortex；large eddy simulation；particle image velocimetry

TE 319

A

1673-5005（2015）03-0098-07

10.3969/j.issn.1673-5005.2015.03.013

2015-02-03

國(guó)家“973”計(jì)劃項(xiàng)目（2014CB239206）；國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目（51404045）；教育部長(zhǎng)江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃（IRT13043）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51104191）；重慶市博士后科研人員特別資助項(xiàng)目（Xm2014036）

張欣瑋（1991-），女，博士研究生，從事非常規(guī)油氣田開(kāi)采、水射流技術(shù)理論及應(yīng)用研究。E-mail：cquzhangxinwei@163.com。

引用格式：張欣瑋，湯積仁，盧義玉，等.淹沒(méi)條件下水射流渦旋特性大渦模擬及實(shí)驗(yàn)研究［J］.中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015，39（3）：98-104.

ZHANG Xinwei，TANG Jiren，LU Yiyu，et al.Large eddy simulation and experimental study on vortex characteristics of water jet in submerged condition［J］.Journal of China University of Petroleum（Edition of Natural Science），2015，39（3）：98-104.