高压水射流辅助锥形PDC齿破碎花岗岩试验研究

深部地层岩石硬度高、研磨性强、可钻性差,地质条件复杂、施工难度大,高压水射流辅助钻井可有效延长钻头寿命,提高钻进效率。采用室内试验与理论分析相结合的方法,开展了高压水射流辅助锥形PDC齿破碎花岗岩试验,分析了高压水射流辅助锥形PDC齿和常规PDC齿破碎花岗岩特性,揭示了射流压力、喷射距离、喷嘴直径及喷射角度等因素对锥形PDC齿破岩效果的影响规律。研究结果表明:在高压水射流辅助破岩条件下,锥形PDC齿与常规PDC齿的破岩比能分别降低了17.36%与19.63%;射流压力越大,射流辅助锥形PDC齿破岩效果越好;在研究条件下,喷距范围为5~10 mm可使水射流辅助锥形PDC齿破岩效果最佳;当喷嘴直径为2 mm时,切削力离散系数最小;喷射角度为30°时,锥形PDC齿切削力与破岩比能达到最小值;喷射角度为20°时,切削力离散系数最小,切削力最稳定。研究结果可为适用于深部硬岩钻井的锥形PDC钻头水力结构设计与优化提供理论支撑。

带钢表面高压水射流清洗机理及试验研究

高压水射流技术是冷轧带钢表面清洗的有效技术手段,为了探究高压水射流清洗带钢表面污垢的工作机理,基于计算流体力学理论建立了高压水射流打击力模型,分析了打击力与喷嘴压力和流量的关系。通过正交理论,开展了带钢清洗效果的试验验证,并对不同工况参数下带钢清洗后的表面形貌进行了分析。结果显示,工作压力对于提高带钢清洗后的表面质量影响最为显著。此外,适当增大清洗角度和喷射距离也有助于提高清洗后带钢的表面质量,为优化清洗工艺提供了重要的参考依据。

不同岩性高压水射流切缝机理研究

硬岩掘进机在高强度岩体中存在掘进速度低、滚刀磨损快等问题,高压水射流可在掌子面切缝以降低岩体完整性,从而提升滚刀破岩性能,探究高压水射流切割岩石机理是研究高压水射流辅助TBM掘进的重要一环。运用高压水射流数控平台分别对砂岩、大理岩和花岗岩进行了高压水射流切割试验,射流压力从150MPa增至300MPa。通过观察岩石表观损伤、测量切缝深度与宽度获得岩石宏观破坏特征,发现在高压水射流作用下砂岩表面主要以笔直切缝为主,大理岩表面产生连续破碎带,花岗岩表面则产生较大破碎坑,但破碎坑数量明显较少。通过破岩碎屑的筛分试验及射流切槽周边荧光裂纹显现分析岩石损伤特征,发现砂岩切缝形成主要以射流的侵蚀作用为主,颗粒间的胶结物被冲刷剥落,高压水射流的冲击作用不明显,切缝横截面处未发现微裂纹。2种强度更高的结晶岩同时受到高压水射流的侵蚀作用与冲击作用影响,大理岩主要发生穿晶破坏形成“长颈漏斗”形切槽,花岗岩则在水楔作用影响下发生更多沿晶破坏,最终形成较大破碎坑。

基于计算流体动力学的二次侧管板高压水射流喷嘴仿真

本文利用混合物模型的两相流仿真了核电站蒸汽发生器二次侧冲洗需要的高压水射流喷嘴中的流场分布和压力分布。通过有限元方法计算了两相流模型,获得了流场分布和压力场分布。从流场分布可以看出,当逐渐远离高压水射流喷嘴的中轴线时,高压水射流中的流场分布逐渐减小;在高压水射流喷嘴的中轴线处,流场最大;当高压水射流喷嘴的入口压力从40MPa逐渐增大到46MPa时,出口处的流场逐渐增大,从289.502m/s逐渐增大到312m/s,在一定范围内入口压力对出口流速的增加效果显著。

基于高压水射流的钢筋混凝土破拆技术研究及应用

高压水射流技术的发展为钢筋混凝土建(构)筑物向绿色化拆除提供了新的技术保障。为了探究高压水射流技术在钢筋混凝土建(构)筑物拆除工程中的应用效果,采用理论分析、设计计算和室外试验,开展了基于高压水射流技术的钢筋混凝土结构体局部破拆模拟试验。试验结果表明:与传统机械破拆方法相比,高压水射流破拆效率提高50%以上,破碎程度高,破拆界面平整。同时,水射流破拆不会产生大量的粉尘,减少了对环境的污染,避免了碎石飞溅对作业人员的生命安全产生威胁。钢筋混凝土建(构)筑物高压水射流技术的应用可为国内外同类工程提供重要参考依据。

一种震荡交换高压水射流装置设计及清洗参数实验分析

喷头在高压水射流清洗技术中发挥着重要作用。为了充分发挥气液两相射流湍流效果,设计了一种震荡交换高压水射流装置。经细小口径高压水以高速射流流出,腔室内因其流速过快产生负压,均匀混合水和气体,经上喷嘴高压水向混合腔流动,均匀混合气体及高速射流,速度一致且在喉管完成震荡交换后再一起射出。清洗参数实验结果表明:在靶距增加情况下,射流打击力相应持续增大,清洗效果因打击力减小而减弱。不同安装角度下具有相似的最佳靶距,再次验证喷嘴压力和直径均会影响最佳靶距。在高压水射流核心区域,从小范围内来看水流量不断变大,去污成本及能量消耗则会因为提高去污压力而增加。

高压水射流切割技术在建筑装修中的应用

高压水射流切割技术是一种通过特种增压设备将水传输至高耐压管道,具体来说是通过特定形状的喷嘴产生高速射流束,喷射出能级密度极高的射流,形成高速细微的“水射流”的技术,此技术不仅可以提高工作效率,减少材料损耗,还可以降低环境污染,满足现代社会对绿色、环保、高效的生产方式的需求。基于此,文章主要针对如何在建筑装修当中有效运用高压水射流切割技术展开相关探讨分析。

基于CFD的高压水射流喷嘴结构设计与流场仿真

文中介绍了高压磨料水射流系统的组成部分、基本原理和主要参数,指出喷嘴是高压水射流系统的能量转换元件,喷嘴的构造直接影响高压水射流的成形情况。通过对比传统喷嘴,设计出全过渡式子弹形喷嘴。基于计算流体力学(CFD)的方法,建立有限元模型进行流场分析,结合理论推导的方法验证了有限元模型的精确性,通过对比不同过渡比下喷嘴的内外流场,得到喷嘴内外流场的速度和动压力随过渡比的变化曲线,揭示了变化机理。计算结果表明:流道形状是引起静压转化为动压效率发生改变的主要原因之一,子弹形喷嘴射流集束性好、扩散小,静压转化动压效率高,通过改变过渡比能够显著提高射流速度,对实际工况有一定指导意义。

高压水射流喷水推进装置空化流动及推力特性仿真分析

高压水射流喷水推进器是一种新型推进装置,其高速射流具有强剪切作用并将引起剧烈的剪切空化,从而对推力性能会产生重要影响。利用大涡模拟对推进装置的强剪切空化射流特性进行了仿真研究,探究了空化射流的流动机理及空化云演变规律,分析了空化现象对反推力特性的影响。结果表明:高速射流射入自由水域时将产生大量低压旋涡从而诱导剪切空化,并对反推力具有一定的增强作用,反推力增幅随空化程度的增强而增大;但受空化云形态变化影响,反推力将呈现脉动特性,其脉动幅值随着空化程度加剧逐渐增大,脉动主频随空化程度加剧而逐渐减小。

高压水射流喷嘴研究进展

高压水射流喷嘴是高压水射流装备的重要部件之一,其直接影响着高压水喷射出来的形状以及对靶面的作用情况。因其对高压水射流技术应用的重要性,国内外学者对喷嘴都做了许多的研究。文章从纯水射流、磨料水射流、脉冲水射流、空化水射流四种水射流方面,阐述了现有各类喷嘴的特点,展望了未来高压水射流喷嘴的发展,总结了国内外对高压水射流喷嘴的研究与应用现状,对高压水射流喷嘴的研究与应用提供了一定的借鉴。

老城区污水管道沉积物清淤高压水射流技术研究

以我国南方某县城区实际污水管道为研究对象,测定城区中居民小区与菜市场区域污水管道内沉积现状及沉积物的性质,通过各种清淤方法的对比,选择高压水射流法进行清淤工作,使用新型充气式污水管道封堵装置、清洗-吸泥一体化车辆以及KEG帝王喷头,进行喷头出口压力与喷头移动速度的正交试验,对比清淤效果、油耗、水耗、清淤时间及总成本,筛选高效低成本最佳清淤参数。结果表明:居民小区污水管道淤积程度为50%左右,菜市场污水管道淤积程度为40%~50%,居民小区管道内淤泥的流动性比菜市场好,选用较低喷头出口压力能满足清淤工作;适用于居民小区污水管道的最佳清淤参数为喷头出口压力9 MPa和喷头移动速度0.3 m/s,适用于菜市场污水管道的最佳清淤参数为喷头出口压力12 MPa和喷头移动速度0.3 m/s。

核电站贯穿件封堵用硅酮胶高压水射流清理

在核电站大量贯穿件周围材料硅酮封堵胶进行封堵,有时对贯穿件进行检查,要临时去除硅胶。本文根据核电贯穿件复杂结构及硅酮封堵胶的特点,制造了贯穿件模拟件,采用高压水射流技术,合理设计喷枪及喷嘴,有效地清除了贯穿件周围硅酮胶填充物。

贻贝高压水射流清洗喷嘴流场仿真

目的:解决贻贝传统清洗方式存在的耗水量大、清洗效果差的问题。方法:通过Solidworks软件建立不同结构参数的轴向扇形喷嘴几何模型,分别在Fluent软件中设置参数后,对射流内外流场的速度和含水率进行数值计算。结果:喷嘴的喷射角越大,射流外流场流速的衰减速度越快,含水率越低;喷嘴的等效直径越大,射流外流场流速的衰减速度越慢,含水率越高;射流靶距过大或过小,均会影响外射流在XY平面的流速均匀性。结论:喷射角为65°,等效直径为2 mm的轴向扇形喷嘴,在射流压力为11 MPa、靶距为90 mm时,更适合贻贝外壳的射流清洗。

高压水射流在飞机发动机叶片清洗的应用

高压水射流清洗操作通常使用较大压力的水射流(20~40 MPa),这些射流通过空气夹带过程在周围大气中扩散,有助于射流的扩散和随后的压力衰减。在飞机发动机清洗行业中,对这种压力衰减的估计以及发动机叶片的放置是至关重要的。此外,需要评估清洁表面上的速度及压力分布,通过对水射流清洗过程进行理论和数值研究,以了解和优化材料去除过程。研究结果表明,增大水射流入口压力会增加清洗效率,但单次清洗面积及清洗增长率下降,增大入口压力意味着较大的水量消耗,会导致射流从清洁表面反弹并阻碍喷嘴流动,从而降低清洁效率。

高压水射流冲击下煤体初始失效形式分析

高压水射流冲击下煤体初始失效机理研究有助于评价煤体损伤特征。以九龙矿2#煤层为研究对象,采用光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics, SPH)方法建立了水射流冲蚀煤体数值模型,结合von Mises理论分析了煤体在高压水射流冲击下内部应力分布及裂纹扩展特征,并基于Python编程图像处理技术量化表征了煤体内裂纹形成规律。研究结果表明:在射流冲击下煤体损伤演化过程分为3个典型区,即破碎区、初始裂纹形成区和裂纹扩展区。当射流接触煤体表面时,在水锤效应影响下煤体主要受剪应力作用形成破碎区;在初始裂纹形成区,煤体受到压剪应力及微小拉应力共同作用,初始裂纹萌生;随着水锤效应的消失,射流冲击引发的应力波导致煤体内部主要承受拉应力作用,形成裂纹扩展区。因此,在实际工程中可以通过实时监测射流冲击下煤体内部应力特征来判断其损伤程度。

大线速度下超高压水射流破岩试验研究

高压水射流的破岩效果对高压水射流辅助掘进机破岩技术至关重要。为提升隧道掘进机工况下高压水射流辅助破岩的效率,开展大线速度下超高压水射流破岩试验,分析喷嘴移动线速度、射流压力和喷嘴直径对破岩效果的影响规律,并探究加磨料和射流形式对破岩效果的影响。试验结果表明,随喷嘴移动线速度增加,高压水射流的切割深度和切割宽度均近似线性减小;随射流压力增加,切割深度近似线性增大,压力从200 MPa提高到280 MPa,切割深度增加了72%~82%;喷嘴直径从0.35 mm增大到0.60 mm,切割深度增加了60%~85%。大线速度下加磨料后射流变发散,加磨料的切割深度小于纯水的切割深度,加磨料的切割宽度大于纯水的切割宽度。砂管束流射流模式的能量利用率更高,砂管束流的切割深度比长线射流的切割深度大35%~42%,砂管束流的切割宽度比长线射流的切割宽度大78%~85%。基于Crow切割岩石理论,通过试验数据回归分析,得到大线速度下超高压水射流切割深度半理论半经验预测模型,可为高压水射流辅助掘进机破岩技术中射流切割参数优化提供参考依据。研究成果对提升隧道掘进机工况下超高压水射流辅助破岩的效率是很有意义的。

高压水射流前方切缝辅助TBM滚刀破岩试验研究

为提升坚硬岩层TBM滚刀破岩效率,降低滚刀磨损及消耗进而提高TBM整机掘进速度,采用最新研制的高压水射流辅助TBM滚刀破岩试验测试系统,进行坚硬花岗岩水射流先行切割滚刀后行破岩的室内试验,研究同一掌子面相同切深、不同刀间距条件下全尺度滚刀的受力规律和破岩特征。结果表明,完整岩石及水射流作用下滚刀的法向力、滚动力和侧向力随刀间距的增加缓慢增加;相比完整岩石,三向力降低幅度分别为19%~41%、10%~34%和16%~59%,破岩体积增加24%~72%,破岩比能降低7%~48%,切割系数升高幅度为6%~17%,且随着刀间距的增加缓慢降低;水射流切缝岩石碎片的尺寸明显增大,但岩粉质量有所降低,岩石破坏多数以张拉破坏为主。

贻贝高压水射流清洗关键参数建模及试验

为解决贻贝传统清洗方式劳动强度高、清洗效果差的问题,搭建了贻贝高压水射流清洗平台。以射流压力、靶距、入射角为变量,射流打击力和射流冲击压力为评价指标,对贻贝外壳进行高压水射流清洗试验;通过Design-Expert软件设计多因素组合试验,建立射流打击力和射流冲击压力的数学模型,使用Box-Behnken响应面寻优得出贻贝高压水射流清洗参数的最优组合;采用最优清洗参数进行射流清洗试验,以验证参数的有效性。结果显示:使用喷射角为65°,内径为2 mm的扇形喷嘴,在射流压力为9.66 MPa,靶距为99.88 mm,入射角为75.38°进行高压水射流清洗时,射流冲击压力为0.011 MPa射流冲击压力远小于贝壳整体曲面的承压能力,清洗后的贻贝表壳完整无裂纹,表壳附着的各类顽固污物基本去除,清洗效果相较于传统清洗方式得到显著提升。高压水射流技术应用于贻贝的清洗,能有效提高贝源的洁净程度和工业化精细处理水平,同时对其他双壳纲贝类的清洗也具有一定的借鉴意义。

狭小空间内的硅酮胶高压水射流清洗

本文主要研究了高压水射流清洗在狭小空间内的硅酮胶应用技术。通过实验,本文提出了一套清洗流程,包括材料准备、清洗喷嘴的优化及清洗参数的设计,探索出了对于硅酮胶表面最佳的清洗参数。实验结果显示,在最佳清洗参数下,硅酮胶表面的清洗效果得到明显提高。该技术不仅具有清洗效果好、时间短、操作简便等优点,而且在狭小空间内也能发挥其特长,适用范围广泛。然而,在使用此技术时也需要注意不能过度清洗,否则会损伤硅酮胶的表面。因此,在实际应用中,需要根据具体情况进行调整和注意。总之,该研究为狭小空间内硅酮胶表面清洗提供了一种高效、经济、环保的方法,有着广阔的应用前景。

基于高压水射流的桥梁翼缘下表面混凝土破拆装备

针对目前桥梁翼缘拆除工作时所存在的破拆效率低、作业效果差、工作强度高等问题,分析了桥梁翼缘破拆机械设计方面的原因,研制了一种基于高压水射流的桥梁翼缘下表面混凝土的破拆装备。通过工程实践表明,在水射流设备150MPa、破拆宽度1679mm、最大破拆深度230mm的施工参数下,双向水射流破拆较单向水射流破拆的效率从30m3/h提高到60m^(3)/h。该装备还具有破拆安全、环保等优点,在桥梁翼缘破拆施工中具有良好的应用前景。