单向射流旋转式微喷头水力性能及其影响因素分析

为测定微喷头安装高度对水量分布的影响,选取流量稳定的单向射流旋转式微喷头(WPX90-250),测定其水力性能,并绘出3种不同安装高度下3种压力水头的水量分布。由此算出微喷头的有效喷洒直径和喷灌均匀系数,进而分析方差及组合均匀系数。结果表明,微喷头的安装高度、组合布置间距对喷头的水力性能影响较大;旋转式微喷头(WPX90-250)布置间距为2.5m、微喷头安装高度为90cm时组合均匀系数较高,喷洒效果较为理想。

基于自旋转射流的钻头设计研究

针对煤层气开采效率低的问题,设计了一种用于开采煤层气的自旋转射流钻头。采用Fluent数值模拟和实验相结合的研究方法,对基于自旋转射流的钻头进行了仿真研究。仿真结果表明:中心射流具有最大速度,中部和边部射流速度较小,但具有空间角。通过对比分析三种类型射流钻头的冲蚀破碎煤岩特征,发现自旋转射流钻头冲孔破岩能力要优于直旋混合和空化射流钻头。研究表明:该自旋转射流钻头具有较好的冲蚀破碎煤岩能力。

旋转磨料射流喷嘴叶轮参数优化设计

为增强旋转磨料射流在硬岩地层高效破岩效果,喷射破岩形成较大孔径径向水平井井眼,对喷嘴叶轮参数展开了优化设计。对径向水平井井下工况旋转磨料射流流场进行模拟,研究了叶轮扭转角、长度、直径、叶片厚度和叶片数量等参数对流场速度的影响。结果表明:叶轮扭转角度为影响流场旋流强度的主要因素;减小叶轮直径或增加叶片厚度会缩小流道的过流面积,增加射流的旋转强度,直径影响最大切向速度相差15.1%,厚度影响相差44.6%;叶片数量较多会降低射流冲击速度。在本文条件下,给出了建议性优化喷嘴叶轮结构参数:叶轮扭转角度为630°,长度为30 mm,直径为18 mm,叶片厚度为4 mm,叶片数量为3。所得结果可为径向井旋转磨料射流喷嘴优化设计提供依据。

旋转射流破岩钻孔机理研究

综合利用实验方法和数值模拟技术，研究了旋转射流的结构特性及井底流场分布，证明了旋转射流具有三维速度，且其速度最高部分，集中在离开射流轴心一定半径的一环形区域上，射流呈扩散状，其冲击面积随喷距的增大而大幅度增加。旋转射流破岩钻孔的机理不同于普通圆射流，它以剪切破碎为主，伴以冲蚀、拉伸破坏和磨削等多种形式，因而具有很高的破岩效率。破岩首先从对应着射流能量最高的环形区域开始，并逐步向内、外扩展，形成凸锥状的孔底。

纵向磁场作用下的旋转射流过渡的机理

介绍了纵向磁场作用下的旋转射流过渡的动态过程,分析了由于导电流体的旋转而引起的周向电流,以及由于周向电流与外加磁场的相互作用而产生的对熔滴过渡过程的影响。通过试验验证了外加磁场可以有效的控制高效MAG焊接的旋转射流过渡过程。在送丝速度45m/min,保护气体为80%Ar+20%CO2,得到稳定性好、可控性好的旋转射流过渡,从而大大提高了焊接生产效率。实现了在连续大电流的区间获得稳定的无氦保护的低成本高效MAG焊接新工艺。

水平井旋转射流冲砂洗井水力参数设计方法

水平井旋转射流冲砂洗井,是通过旋转射流清洗工具在井筒内产生射流冲击作用和环空旋流效应来洗井,不仅能有效解决油田冲砂作业中存在的砂卡问题,还能在一定程度上解除井筒近井地带的污染,降低表皮系数。但是,目前国内冲砂洗井的各种水力参数往往是根据直井冲砂经验确定的,喷嘴也没有经过专门设计,没有形成完善的工艺,给现场应用带来了很大困难。从水平井旋转射流冲砂洗井机理入手,建立了水力参数优化设计方法:首先计算出水平井不同井段所需要的最小工作排量,再根据最小工作排量求出循环压耗、喷嘴压降和射流冲击力等参数;以最大射流冲击力为目标函数,以最小排量为起点,设一个排量基数,在最小排量基础上逐渐增加排量基数,在满足泵压和泵功率的条件下,选择最大射流冲击力下的排量为最优排量。水力参数设计方法在长庆油田元东平6井等3口井进行了现场应用。应用结果表明,设计的排量既能满足各个井段的冲砂洗井要求,又获得了最大的射流冲击力,节省了冲砂洗井作业时间,降低了作业成本,经济效益明显。

环形旋转射流屏蔽抽吸流场的数值模拟

旋风屏蔽抽吸装置能有效地控制漂移有害物的扩散,尤其对近壁污染源有较好的控制抽吸效果.根据流体动力学理论建立了旋风屏蔽作用下的抽吸流场的数学模型;确立了针对这种复杂流场的数值计算方法;分析了相应的边界条件;成功地进行了网格划分.最后使用商业软件F luent模拟计算了该旋转与回流并存的三维复杂流场,计算得到的流场形态和试验结果基本相似,各参数和对应的测量值具有一致的变化趋势.

自进式旋转射流钻头破岩效果

利用有限的排量实现高效的破岩效率并尽可能增大径向水平井眼的延伸能力是实施新型径向水平井技术的关键,射流钻头的性能是该关键技术要解决的首要问题。在多孔射流钻头的基础上,设计研制了自进式旋转射流钻头,分析了其工作原理,并通过试验对自进式单孔旋转射流钻头、自进式单孔直旋混合射流钻头、自进式多孔旋转射流钻头以及自进式多孔直旋混合射流钻头随时间、射流压力和喷距的破岩钻孔规律进行了研究。研究结果表明：当喷距范围为9~12 mm、射流压力为20~35 MPa时,在相同的射流压力和喷距条件下,自进式多孔直旋混合射流钻头的破岩效果优于自进式多孔旋转射流钻头,其中1＋4孔的多孔直旋混合射流钻头的破岩效果最好。设计得到的新型射流钻头可以提高径向水平井的钻进速度。

单元法测定瓦斯分布及旋转射流驱散积聚瓦斯

详细论述了单元法测定工作面各种瓦斯涌出源的涌出比例以及瓦斯浓度分布的原理和方法,该方法简单易行,便于推广.根据单元法实测知:“U”型通风工作面绝大部分从采空区涌出的瓦斯集聚在上隅角附近,而且上隅角也是整个采空区的漏风汇,因此,上隅角极易形成瓦斯积聚.为了有效地治理工作面上隅角积聚的瓦斯,提出旋转径向射流驱散工作面上隅角积聚瓦斯的新方法,可使上隅角积聚区瓦斯浓度在20min内下降到《煤矿安全规程》规定的1％以下.

机掘工作面旋转射流屏蔽通风吹吸流量比研究

为改善机掘工作面作业环境,提高通风控尘效果,采用旋转射流屏蔽通风技术实现对机掘工作面粉尘的有效控制。利用Fluent计算流体力学(CFD)软件,对该通风方式下不同吹吸流量比情况开展数值模拟,并进行相关试验验证。研究结果表明:就所研究的机掘工作面旋转射流屏蔽通风系统而言,合适的吹吸流量比范围是0.8～1.4,当吹吸流量比为1.0时控尘效果最佳。在工作面实际应用中,通常将吹吸流量比设定在1.2～1.4范围,既能保证掘进巷道有足够的新风量,防止瓦斯超限,又能获得较好的控尘效果。

旋转射流冲击换热液晶显示实验研究

采用热色液晶测温技术对以二氧化碳为工质的稳态射流冲击换热和管内插入扭转带方式的旋转射流冲击换热进行了实验研究。与普通射流相比,旋转射流导致驻点附近区域的换热趋于均匀化。其换热系数在大于某一半径之后高于普通射流,但在驻点附近相对较低。旋转射流对换热的此种影响随雷诺数的增大而减弱。

新型旋转射流多孔喷嘴流场的分析

设计了一种适用径向水平井技术的旋转射流多孔喷嘴。其前端面均布3个不同切向倾角15°、30°、45°的孔眼。利用数值模拟方法,采用RNG k-ε湍流模型对该喷嘴流场特征进行了研究,并与试验破岩结果进行了对比。结果表明,15°孔眼轴向速度较大,扩散性差,衰减缓慢,类似直射流,破岩效果适中;30°孔眼轴向、径向、切向速度均较大,扩散性适中,衰减较慢,其破岩效果最佳;45°孔眼虽具有较高切向、径向速度,但扩散性较强,衰减较严重,可形成较大破岩面积,但破岩深度有限;3个孔眼破岩面积在径向存在重叠,当喷嘴旋转时,可轨道扫描式完成联合破岩;不同倾角破岩效果不同,本试验中30°倾角的孔眼破岩效果最佳。流场数值模拟结果与实际破岩效果基本一致。

空心旋转液体射流初始阶段运动规律的研究

应用质量守恒定律和动量守恒定律，建立了描述空心旋转液体射流初始阶段运动的非线 性常微分方程组；该方程组可以用数值方法方便地求解。理论计算结果与实验拍摄到的射流照片吻 合很好。本结果表示射流受挑动失稳破碎成液滴前的最基本运动状态，是进一步从理论上研究空心 旋转射流破碎雾化机理的基础。

旋转水射流冲击压强的实验分析

利用测压排摄像自动读数法,测量了水垫式旋转磨料射流喷嘴所产生旋转射流的冲击压强。该方法对测压排内水面标志物进行连续摄像,然后利用计算机程序对所摄图像自动读数,可以用较低的成本较好地实现非恒定压强的测量。实验结果表明,对于水垫式旋转磨料射流喷嘴产生的旋转射流,切向入流与轴向入流流量之比(流量比)及之和(总流量)是其冲击压强的控制性因素,前者控制其分布和大小,后者只对其大小有影响;各股切向入流的流量不均匀性对射流冲击压强时均值的影响很小;冲击压强脉动强度随着作用位置到射流中心距离的增大而减小。

同轴旋转双射流冲蚀岩石机制与实验研究

同轴旋转双射流是一种新型高效射流,它综合旋转射流破岩面积大和直射流破岩深度大的优点,并在较高围压下能够利用空蚀提高破岩能力。运用实验的方法研究常压淹没和围压条件下喷距、射流压力以及围压对射流破岩能力的影响。实验结果表明,双射流在冲击破岩时存在最优喷距范围,该次实验条件下最优喷距约为喷嘴当量直径的13倍;增大射流压力可大幅提高双射流的破岩体积。压力超过15MPa时,破岩体积大幅增长。双射流的破岩体积和破岩孔深均随围压的增大而急剧减小,破岩孔径随围压的增大而减小的幅度相对较小。双射流冲蚀破碎岩石机制包括空蚀破坏、直射流冲击破坏、剪切破坏以及压力波动破坏。

综掘工作面水气旋转射流降尘系统的数值模拟与试验

为提高综掘工作面的降尘效果,提出了水气旋转射流降尘系统治理综掘工作面粉尘措施,分析了其机理,并在现场进行了试验,同时进行了综掘工作面水气旋转射流控尘系统与传统直流送风控尘的数值模拟。结果表明,该系统不但雾化效果好,且可形成旋风水气幕罩,有效控制粉尘快速扩散及污染整个巷道,除尘效果明显。

同轴直射流与旋转射流组合的双射流湍流流场数值模拟

直射流与旋转射流分别具有能量传递距离长与能量传递分布面积大的优点,为了尽可能的提高射流能量利用,本文提出了结合两者优点的同轴直射流和旋转射流组成的新型双射流。对淹没条件下的组合双射流流场特性,进行数值模拟研究。采用RNGk ε模型和高精度QUICK离散格式,得出了不同速度组合下双射流流场的直射流轴心速度衰减和旋转射流旋转速度衰减规律,速度矢量图,量化分析了射流结构对流场结构的影响。计算结果表明,在喷嘴压降一定时,存在三种轴心速度衰减曲线,当旋转射流轴向速度高于门限速度的情况下,射流衰减速度最慢。另外,直射流与旋转射流轴心衰减曲线存在很大差异,要提高双射流能量利用,内外喷嘴的流量分配至关重要。

三维旋转喷枪射流分析及机械和控制研究

原油储罐机械清洗作业中布置在浮顶上的喷枪产生三维旋转的射流,分别对罐底和罐顶进行冲刷,使沉积凝固的原油得以破碎和溶解,脱离所附着的罐壁表面,达到清洗的目的。笔者从机械清洗需要形成的射流轨迹入手,通过对结构、喷头运动、齿轮传动系统、气动控制系统的分析研究,设计出具备特殊结构的三维旋转喷枪使其能够满足清洗工程的需要。射流轨迹分析是已知喷枪需要达到的功能的情况下分析喷头的运动模式。喷头运动分析以射流轨迹分析的结果作为输入条件,分析出结构上的几何关系。齿轮传动系统设计以运动分析为基础,计算出喷头自转速度和与公转轴线夹角速度之间的关系,并确定适当的结构和传动比。气动控制系统设计为传动系统提供合适的动力,以及控制喷头在一定的角度范围内摆动。通过对以上关键技术的分析研究,设计出满足原油储罐机械清洗工程需要的三维旋转喷枪。

旋转射流对含硼固体火箭冲压发动机二次燃烧的影响

为提高固体火箭冲压发动机二次燃烧效率,将旋转射流技术引入固体火箭冲压发动机设计,采用Re-alizable k-ε湍流模型、单步涡团耗散燃烧模型以及KING硼粒子点火和燃烧模型,利用Fluent软件开展了旋转进气和一次燃气旋转含硼固体火箭冲压发动机补燃室三维反应流场流数值分析。研究结果表明,当空气射流切向进入补燃室时,气流产生的旋转均使燃料与空气的混合更充分,燃烧效率更高。当气流切入角度增大时,补燃效率先升后降,对于具体发动机结构,存在一个使燃烧效率最大的切入角,针对研究的模型发动机结构,此值在20°附近;当一次燃气旋流数的增加,二次燃烧效率呈逐渐增高的趋势。

旋转射流破岩成孔规律研究

在前期对旋转射流结构特性及流动特性研究的基础上,利用试验的方法研究了射流压力、喷距、岩石的渗透率及强度、添加剂的浓度等因素对旋转射流破岩效率的影响。同时,研究了岩石渗透率对旋转射流和普通圆射流影响的区别。研究结果表明:在同喷距同射流压力条件下,破岩效果随着岩石强度的减小、岩石渗透率的增加而增加;相比而言,岩石的渗透率在射流的破碎效果中起着主要作用;在相同射流压力条件下随着添加剂浓度的增大,岩石的破碎深度、破碎直径和破碎体积都表现出先增大后减小的变化趋势。本试验条件下的最优浓度为200～300mmp,随着渗透率的增大,旋转射流破岩成孔的效果明显优于普通圆射流的破岩成孔的效果。