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摘要
射流喷嘴被广泛应用于管道清洗、辅助破岩、射流成孔等石油工业中领域。锥直型喷嘴作为应用最为广范的喷嘴类型而被研究。其整体流动状态与阻力对近壁处流动状态敏感。喷嘴近壁处流动状态对喷嘴整体流动状态和流动阻力影响较大。本文采用大涡模拟模型对喷嘴内流场进行数值模拟。对喷嘴内速度场分布、速度梯度、壁面压力、壁面剪切力、壁面摩擦阻力系数进行分析，得出了以下结论：收缩段处速度分布由抛物线型转变为“M”型，并在近壁处出现峰值；在收缩段入口处附近发生边界层转捩，出现漩涡；在收缩段出口、直管段入口处附近出现边界层转捩与分离，在该处速度梯度、壁面剪切力、壁面摩擦阻力系数均出现峰值；直管段近壁处周期性出现有序涡结构，并在壁面处表现为剪切力、速度梯度、摩擦阻力系数的周期性波动，与近壁处流动状态涡结构的周期性出现相互佐证；整个喷嘴流动阻力大部分产生在喷嘴直管段内，涡流的出现降低壁面摩擦阻力系数，在喷嘴减阻时可考虑优化喷嘴收缩段到直管段过渡的轮廓，亦可考虑在直管段内进行被动减阻设计。通过对喷嘴内近壁处流动特性阐述，分析了喷嘴内流动摩擦阻力的产生位置及原因，能够为进一步为优化喷嘴结构、降低喷嘴流动阻力提供理论支撑。
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单位中国石油大学（北京）; 油气资源与探测国家重点实验室
