超高压水射流作用下岩石损伤破碎机理

由于水射流的高紊动与岩石材料的复杂性,水射流作用下岩石破坏机理的研究一直都是难点问题。运用全解耦流固耦合理论,建立超高压水射流冲击岩石介质的数值分析模型,射流采用标准k-ε模型和控制体积法,岩石采用线弹性和有限元法,计算分析淹没条件下岩石介质在水射流冲击作用下内部的应力分布规律。其次,根据岩石介质内部应力分布特征,基于岩石微元强度遵循Weibull分布的概率理论,将Mohr-Coulomb破坏准则作为随机分布变量,建立岩石损伤变量演化方程和连续损伤统计本构模型及用量纲一破坏系数来表征岩石破坏的准则。再次,按建立的流固耦合分析模型、岩石损伤模型和破坏准则,运用分阶段法对水射流的破岩过程进行了数值分析。最后,运用扫描电镜对水射流切割岩石断口形貌进行观测试验,分析岩石在超高压射流作用下微观破坏机制,主要有穿晶断裂和剪切错动两种形式,进一步验证数值模拟分析的结果,建立起水射流破岩过程中岩石微观破坏机制和宏观断裂分析的桥梁。

超高压水射流辅助破岩钻孔研究进展

将喷嘴出口压力大于140MPa定义为超高压水射流。介绍了早期超高压水射流钻孔试验及其应用,综述了超高压水射流辅助深井钻孔技术的发展状况,概括了超高压水射流辅助破岩机理和岩石性质与水射流结构参数对破岩效果的影响规律。在此基础上,对今后超高压水射流辅助破岩技术的研究提出了一些建议。

超高压射流辅助钻井技术研究进展

超高压射流辅助机械破岩钻井是提高深井钻井速度的一项前沿技术,关键技术包括井下增压器、超高压射流辅助破岩机理和钻头、超高压射流钻井参数和工艺等。主要介绍了超高压射流破岩机理、井底流场和辅助破岩钻头研究进展,在此基础上提出了超高压水射流辅助钻井技术的研究方向。

水射流技术在石油工程中的应用及前景展望

论述了水射流技术在我国石油工程中的研究和应用情况。应用实验方法建立了淹没非自由射流压力及水功率衰减计算模型 ,建立了以井底获得最大水功率 ,优选水力参数设计的新方法和新模型。应用瞬态流理论及水声学原理建立了两种谐振腔的基本关系式和结构数学模型。建立了在钻井双向应力作用下 ,岩石裂纹发展方向模型。介绍了研制的 3种新型高效钻头 ,即加长喷嘴牙轮钻头、自振射流钻头和射流及机械联合破岩钻头。展望了水射流技术在超高压射流钻井、稠油及低渗油藏开采、提高采收率等方面的应用前景。

淹没条件下超高压水射流破岩影响因素与机制分析

超高压水射流辅助破岩是提高机械钻速的有效途径,水射流破岩效果影响因素及机制研究是其关键之一。选取100～200 MPa共5档驱动压力和3种岩样,实验研究淹没条件下水射流驱动压力、喷距、作用时间和喷射角4个因素对冲蚀切割破岩效果的宏观影响规律。采用全解耦流固耦合数值分析方法,对超高压射流破岩过程中耦合系统应力场进行计算,建立岩石宏观断裂规律与微观破坏机制间的联系。研究表明,淹没条件下超高压水射流冲蚀切割破岩存在最优喷距和喷射角:100 MPa时最优喷距约为15倍喷嘴直径,200 MPa时约为20倍喷嘴直径,随压力的增加而增加;最优喷射角为12°～14°。超高压水射流作用下岩石的破坏发生在毫秒量级,主要是拉伸和剪切破坏作用,是由射流冲击应力所造成。研究可为超高压射流辅助钻井技术中水力参数优选及钻头设计提供参考依据。

井下增压超高压射流钻井技术研究进展

随着浅层油气资源勘探开发程度越来越高,深层油气资源成为中国油气资源战略接替的重要领域。而深井、超深井钻井勘探过程面临钻速慢,成本高等亟待解决的问题。应用超高压喷射钻井技术来提高深井超深井钻井速度是一种行之有效的方法,而实现超高压射流最主要的工具是井下增压器。通过国内外文献调研,主要介绍了国内外井下增压器工艺和增压机理以及超高压射流辅助破岩机理的研究进展,指出了前人研究的不足或尚未完善之处,在此基础上指出了井下增压器及其超高压射流辅助钻井破岩机理的研究方向。

高压水射流超细粉碎云母的实验研究

利用前混合磨料射流的工作原理，进行了高压水射流超细粉碎云母的实验研究。实验结果表明：喷嘴对云母有粉碎作用，喷嘴直径可以小于云母给料粒度；压力是影响高压水射流超细粉碎效果的最重要参数，在压力为１０—５０ＭＰａ范围内，细粒度产率随压力增加呈直线上升；给料粒度越小，粉碎产品中细粒度的产率越高；水射流超细粉碎在淹没状态下比在非淹没状态下粉碎效果好；高压水射流超细粉碎云母粉，不但能够满足珠光云母粉的细度要求，而且能够保护云母的片状结构和晶面光泽度；高压水射流超细粉碎技术是一种较实用的超细粉碎云母技术。

超高压水射流技术对浓香型白酒催陈的影响

研究超高压水射流技术对浓香型白酒催陈的影响。白酒经常压至350MPa超高压水射流技术处理,分别检测、品评刚催陈白酒和放置3个月、6个月白酒。经超高压水射流处理后,白酒的总酸含量升高,总酯及杂醇油含量降低,压力越高,风味及口感越好,放置6个月效果更佳。总酸、总酯及杂醇油的变化与自然放置趋势基本一致,放置6个月没有出现"回生"现象,超高压水射流技术对浓香型白酒的催陈有积极效果。

超高压水射流破拆机器人液压系统设计与研究

采用大流量超高压水射流可以对混凝土进行破碎和拆除,利用水射流对混凝土进行破拆时喷枪会产生较大的反作用力而无法用人工来扶持,为实现混凝土建筑物破拆的自动化以及高效化,采用液压驱动的履带式移动机器人喷枪搭载平台被设计出来。研究了超高压水射流破拆机器人的组成和工作原理,并根据机器人执行破拆动作时,各机构特性以及工作参数,设计了超高压水射流破拆机器人液压系统,并针对机器人机械臂架翻转以及往复运动机构的驱动部件进行了详细的设计,最后对液压系统的特性进行了分析和总结。

高压水射流超细粉碎技术的研究与应用

高压水射流粉碎技术的主要特点是效率高、耗能低、拉应力破碎原理、良好的解理性以及能够很好地保护矿物的天然结晶形貌。本文介绍了高压水射流粉碎技术的研究状况 ,以及将高压水射流粉碎技术用于永磁铁氧体原料粉碎工艺的试验研究、制备水煤浆的试验研究 。

超高压水射流中空化现象对轮胎破碎作用研究

为了探讨超高压水射流破碎轮胎过程中,冲击波和微射流的作用机理,基于FLUENT软件环境,采用VOF模型求解Navier-Stokes方程,数值模拟了近壁面的空泡溃灭过程,结果表明,射流冲击物面时,空泡溃灭产生的压力脉冲远大于微射流产生的冲击压力。结合超高压水射流破碎轮胎试验,通过对胎面胶的切槽断面形貌进行观察,研究了微射流和冲击波对橡胶材料的破坏作用,认为橡胶材料在受到空化作用破坏时,表现出明显的冲击脆化现象,微射流在材料壁面冲击出边缘齐整的针孔状形貌,冲击波引发材料产生拉伸破坏。

基于光强测量毛细超高压水射流集束性的实验研究

准确划分射流集束段和雾化段是研究射流集束性的前提.设计了一种基于光强定量测量集束性的方法.基于该方法对具有尖锐边缘孔口和类流线型出口流道的喷嘴,在超高压喷射条件下形成的水射流结构形态进行分析,并与直柱型出口流道喷嘴射流对比分析.结果表明:光强测量法能够比较准确地划分射流集束段和雾化段,区分雾化段中核心区和气液混合区;毛细超高压水射流的集束性在雷诺数影响下由喷嘴孔口结构、出口流道结构的综合作用决定;在一定雷诺数范围内,具有尖锐边缘孔口和类流线型出口流道的喷嘴有良好的集束性,当雷诺数达到1.8×104～ 1.9×104时,射流集束段长度趋于恒定;喷嘴出口流道结构通过气流调节,对射流集束性的影响在高雷诺数下可以忽略,空气动力扰动在高雷诺数下对射流集束性影响程度显著降低.

超高压技术在现代杀菌领域的应用

论述了超高压技术在现代杀菌领域的研究现状,对超高静压杀菌和超高压均质杀菌进行了比较,并介绍了一种新型的瞬时高压杀菌方法——超高压水射流灭菌方法,经初步实验研究取得了较好的效果,表明有着广阔的发展前景。

超高压射流钻头破岩实验研究

超高压水射流技术在石油工程中的应用越来越广泛,目前超高压射流联合机械破岩是提高钻井速度最具潜力和最具可行性的方法。通过室内实验和现场试验研究了淹没条件下超高压水射流破碎岩石的主要规律,探寻影响破岩效果的主要因素及其规律,为超高压射流联合机械破岩及超高压PDC钻头的进一步研究奠定了基础。研究发现,影响超高压射流破岩的主要因素有压力、喷距、喷嘴移动速度和喷射角度等,射流压力越高破岩效果越好,最优喷距随着压力的升高而增大,200MPa时最优喷距达到32.5倍喷嘴直径。实验条件下,150MPa时破岩效率最高,喷射角为14°破岩效果最好。根据实验结果,对钻头切削齿和喷嘴布置进行了优化,设计制造了专用设备和工具,现场试验取得了较好的效果,可进一步推广应用。

利用热力辅助高压水射流进行超细粉碎的探讨

本文详细地介绍了热力和高压水射流技术在粉碎中的应用 ,说明了热力粉碎可以实现对物料的破碎或预损伤 ,高压水射流用于粉碎可实现高效、低耗、无污染。研究了将热力与高压水射流相结合进行矿物超细粉碎的可行性及其具体实现方法。

起重机臂架清洗装置机构设计及试验研究

再制造是能够将废旧零/部件恢复其原有尺寸和性能的一项关键技术,为此针对废旧起重机臂架的再制造设计了一种利用高压水射流清洗技术,可以自适应不同曲率、高度的新型臂架清洗装置。分析了射流打击力与漆膜附着力之间的关系,研究了喷嘴射流压力及清洗器进给速度等工艺参数对污染物清洗效率的影响,验证了清洗装置的实用性,实现了将超高压水射流绿色高效清洗技术应用于臂架清洗试验。试验结果表明:该清洗装置在喷嘴直径为0.4 mm,靶距为20 mm,出口压力为180 MPa,清洗装置行走速度为0.6 m/min时能够很好地完成清洗任务并满足工程机械汽车起重机臂架再制造清洗工序要求。该清洗装置解决了工程机械臂架表面清洗难题,为后续无损检测及修复奠定了基础。

高压水射流超细粉碎的压力与粒度的关系

从理论分析和实验研究两方面，对高压水射流超细粉碎压力与粒度的定量关系进行了研究。根据流体力学理论，推导出粉体颗粒的动能与射流压力成正比；再由Ｒｉｔｔｉｎｇｅｒ的“表面积假说”，得出高压水射流超细粉碎的压力与产品调和平均粒度倒数和给料调和平均粒度倒数之差成正比；并在不同压力和给料粒度下，用水射流对云母粉进行了超细粉碎实验。实验结果与理论结果相当吻合。

超高压水射流破碎子午线轮胎机理

研究子午线轮胎回收处理的新方法。将超高压水射流技术应用于子午线轮胎橡胶的破碎回收,进行非淹没条件下超高压水射流破碎分离子午线轮胎橡胶试验,得到不同驱动压力破碎后的橡胶粉末和橡胶破碎断面,对轮胎橡胶、橡胶粉末进行粒度分析和低场核磁共振分析以评价破碎回收效果。采用流固耦合方法建立超高压水射流冲击轮胎橡胶的有限元分析模型,计算超高压水射流冲击作用下橡胶材料内部应力分布规律,应用材料失效准则,研究轮胎橡胶受水射流施加高速动载冲击下的破碎行为并与试验结果相验证。对轮胎橡胶断面和橡胶颗粒进行扫面电镜观察,分析轮胎橡胶和橡胶粉末的宏观形貌和微观形态,结合有限元模型计算结果,研究轮胎橡胶的微观破碎机理,认为在橡胶破碎过程中存在拉伸和剪切两种破坏机制,主要微观失效形式有沿晶破坏和穿晶断裂。

船舶除锈超高压水射流泵组系统设计

设计一种船舶除锈超高压水射流泵组系统,介绍其主要功能、主要参数和设计指标。阐述泵前水处理装置和电气控制系统的基本组成,分析能量损失和超高压密封技术,提出样机配置和基本元件布置,为超高压水射流船舶除锈成套系统的泵组研究提供设计参考。

增压器式超高压水射流切割机产品化体会及展望

作为我国高压水射流切割机的第一个产品即“大地水刀”，已进入市场两年多了。笔者以此为背景，介绍增压器式水切割机的超高压发生器及切割部分；讨论其主要部件、零件结构设计及关键技术。尤其在产业化中，对高压缸体疲劳寿命和高压动密封可靠性等问题解决方案作深入探讨；给出在相关技术方面近期的发展。最后，结合我国水切割机技术的提高和推广，提出初步的看法和建议。