水射流喷嘴增强气力提升性能的实验研究

在钻孔水力开采过程中,井底对岩屑产生的压持效应易导致气力提升系统输送能力减弱。为此,采用与实际作业相近的槽内供砂方式并引入水射流喷嘴研究其影响系统性能曲线及临界工况点的机理及规律。结果表明:水射流喷嘴数量N=3时就可消除槽底压持效应,起到大幅提高颗粒质量流量与提升效率之目的,之后则随其增加又对气力提升性能影响甚微。水射流喷嘴分布的非均匀性过高与过低均不利于增强气力提升性能。此外,水射流喷嘴在气举头埋入砂层(即气举头底部至砂床表层距离H<0)后可显著提高颗粒质量流量与提升效率。临界输砂研究结果表明,水射流喷嘴未影响排水时的临界气量值Q_G,L,但却导致输砂临界气量值Q_G,S及与之对应的临界水流表观速度J_L,c_(ri)因压持效应得到解除而大幅减弱,而后则随N增加仅微量减小。实测值J_L,c_(ri)在H=0与理论模型中临界水流速度的计算值u_(Lcri)极为接近,但随H加大两者差异升高。

高压水射流喷嘴的智能化CAD

本文介绍了基于VisualBasic平台的高压水射流喷嘴的智能CAD系统的开发思想 ,其中包括喷嘴尺寸参数的智能选取、零件图的自动生成、喷嘴内部流场仿真模型的建立、数据库和图形库的建立及其使用 ,并根据仿真结果对设计进行优化 ,力求得到流量损失最小 。

自激振荡脉冲水射流喷嘴数值模拟及实验研究

自激振荡腔室是产生自激振荡脉冲射流的重要条件。为研究自激振荡腔长度对喷嘴输出射流特性的影响,采用标准k-ε方程模型,基于ANSYS建立喷嘴物理模型,分析不同腔长下流体结构特征并将其与实验结果比较。结果表明:存在一最佳振荡腔长度6.9mm,使得振荡腔内平均压力及流体轴线速度达到最大;此外,当振荡腔长度小于16mm时,对应腔内压力呈负压状态。通过对腔内压力的实验数据采集及分析,验证了数值模拟结果的合理性与有效性。

高压水射流喷嘴的流量系数及与能量转换效率的关系

本文依据高压水射流喷嘴的液流形态，采用非粘性流体的连续方程和欧拉方程，推导出喷嘴的流量系数及与能量转换效率的关系。

喷嘴内轮廓形状对水射流动态特性影响研究

以脉冲水射流喷嘴为研究对象,建立其发射特性的数学模型。喷嘴内轮廓分别采用直线、指数曲线和高阶曲线。应用MATLAB中的动态仿真工具软件包SIMULINK对3种喷嘴出口射流速度和喷嘴内的静压力进行仿真研究。研究表明,喷嘴内水柱的压力和速度沿喷嘴出口方向显著增大,在出口处达到最大值。3种轮廓曲线喷嘴产生的水射流速度的增加率与喷嘴截面积的收缩率成正比;喷嘴内部压力也和喷嘴截面积的收缩率密切相关,收缩最缓慢的指数喷嘴其内部压力最小。

水射流强化疏浚用气力泵提升性能的试验研究

为有效消除底泥对水库的淤积影响,避免底泥对水体的二次污染,创新一种螺旋气力泵新型结构,提出脉冲水射流与气力泵一体化清淤新思路,以提高清淤气力泵提升性能。研究不同喷嘴数量、分布方式对气力泵疏浚特性的影响,并将研制的样机用于工程实践。结果表明:水射流喷嘴的引入对气力泵系统扬水量J_(L)影响较小,却可极大的提高扬固量JS;喷嘴可起到解除底部压持效应之功效,使得底部流场脉动,固体表观流速得到大幅提升,使得颗粒易于启动;喷嘴需采用非均匀分布方式,但不能过分“偏心”,不然易引起动压持效应,致使气力提升性能降低;浸入率γ对气力泵疏浚性能影响较大,随着浸入率γ的增大,扬水量J_(L)和扬固量JS均有较大提升,尤其是扬固量峰值相比无喷嘴工况提高了10倍之多。实验室和工程现场试验均验证了气力泵浸入率越大,疏浚效率越高,特别适用于深水疏浚的结论,与理论一致。

水射流钻头喷嘴电火花线切割加工工艺正交优化试验

针对水射流钻头喷嘴制造过程中存在的问题,试验采用正交优化试验方法,通过极差分析和方差分析,研究了电火花线切割脉冲电流、脉冲宽度和脉冲间隔等工艺参数对射流钻头喷嘴孔口表面粗糙度的影响,确定了因素的最佳水平组合和因素的主次顺序及线切割的最佳工艺参数。试验结果表明,当采用脉冲电流1.6A、脉冲宽度8μs和脉冲间隔40μs的参数组合时,喷嘴孔口表面质量较高,其表面粗糙度小于2.4μm。研究结果可为选择水射流喷嘴电火花线切割加工工艺制定提供试验依据。

高压水射流流线型喷嘴正交试验与仿真研究

研究了高压水射流流线型喷嘴流道结构参数对水射流破煤性能的影响,应用有限元方法建立喷嘴流道对应的几何模型和有限元模型并对水射流流场进行仿真模拟,得到不同流道结构参数的水射流动压力场和流速场分布规律。利用正交试验结果对喷嘴结构参数进行优选,确定流线型喷嘴不同工程进口压力与过渡比之间最优参数组合,并设计实验对优化结果进一步验证。

收缩段截面形状对喷嘴性能影响的模拟分析

预混合磨料水射流喷嘴作为射流切割系统的执行端,细微的截面形状改变都会对喷嘴性能产生较大的影响。为提高喷嘴的综合性能(切割能力和使用寿命),本文运用计算流体力学软件对流体动力学方程和磨粒受力方程等进行耦合求解,研究在以峰值流速(切割能力)和单位流量冲蚀率对数(使用寿命)为指标的前提下,各类喷嘴性能的综合表现。以单锥、衔接型、凹型和凸型4类喷嘴为模型,分析不同收缩段截面形状对喷嘴综合性能的影响;结果表明:凹型和衔接型喷嘴综合性能接近,优于单锥喷嘴,凸型喷嘴综合性能最差;较大的收缩段夹角不利于喷嘴综合性能的提升;在以上分析结果的基础上,设计了圆弧过渡的平直型喷嘴,仿真结果显示:具有圆弧过渡的平直型喷嘴在综合性能上有了较大的提升。本文工作为后续的喷嘴截面形状优化提供了参考。

气举输沙工作特性的实验研究

以BHM采矿工具中的核心部件气举为研究对象,设计了小型气举输沙装置.选择河沙模拟井下矿层,并引入水射流喷嘴研究气举底部吸口与沙床表层距离H对气举工作特性的影响规律.结果表明:水射流喷嘴布置方式和H对气举工作特性会产生显著影响,通过合理调整这些参数,可以实现最大排沙量的有效控制.另外,对气举提沙的临界情况进行分析发现,在定浸入率下,提升液体对应临界气量值Qgl相同,均为16.5m3/h;提升固体对应临界气量值Qgs随水射流喷嘴个数N’增加而单调递减,但随H(H>0)单调增加.本研究结论对工程应用具有较强的指导意义.

钻孔水力开采用气力提升系统性能研究

采用与实际作业相近的槽内供砂方式并引入水射流喷嘴研究了钻孔水力开采用气力提升系统的性能变化规律。结果表明:水射流喷嘴达到一定数量(N)即可消除槽底压持效应,起到提高颗粒质量流量与提升效率的目的;水射流喷嘴分布的非均匀性过高与过低均不利于增强气力提升性能;水射流喷嘴在气举头埋入砂层后(即气举头底部至砂床表层距离H<0)可显著增加颗粒质量流量与提升效率。