基于FLUENT的后混合磨料水射流喷嘴内流场的数值模拟

以后混合磨料水射流喷嘴为研究对象,基于多相流动的欧拉模型,应用FLUENT流体分析软件对几种典型后混合磨料喷嘴的内流场进行数值模拟和仿真,得到压力分布、速度分布、湍流能量分布。结果表明:喷嘴内由于涡旋的形成损耗了部分能量,使得射流出口速度和动能明显降低;存在一个最优圆柱长度使得磨料出口速度达到最大值,其长度为喷嘴出口直径的23～37倍时,磨料得到最高的出口速度;喷嘴内流体紊动能的分布主要集中在喷嘴近壁区和几何形状变化较大的区域。

磨料水射流喷嘴内流场的数值模拟

该文以后混合磨料水射流水喷嘴为研究对象,基于两相流动的欧拉-拉格朗日和高雷诺数的标准双方程湍流模型,应用FLUENT软件对磨料水喷嘴内部两相流进行仿真,研究了固液两相流在磨料水喷嘴中的流体动态、磨料粒子的速度。通过对磨料水喷嘴磨损和液固混合相流域的权衡和模拟结果分析,得到磨料水喷嘴的锥形收敛角为30°、柱形内孔直径为0.76 mm、聚焦管总长为73 mm时具有较好的切割性能。通过分析不同长度、直径、锥形入口角的磨料水喷嘴,优化了磨料水喷嘴的结构参数。

用于石油钻井磨料射流喷嘴的研制

为进一步提高石油钻井磨料射流喷嘴寿命,以自制含有晶粒长大抑制剂的WC-6Co纳米复合粉为原料,采用模压及真空烧结试制了一种磨料射流喷嘴,用扫描电镜观察其组织形貌,并进行硬度和密度的测量。结果表明:试制的WC-6Co硬质合金喷嘴组织均匀,断口平整光滑,WC晶粒细小,平均晶粒尺寸约1.5μm;其硬度为HRA90.7,密度为14.79 g/cm3,接近国外同类产品,有广泛应用推广价值。

超高压磨料射流切割喷嘴表面强化技术研究

超高压磨料射流切割技术是海上油田弃井和海上废弃结构物安全高效切割回收的有效方式,喷嘴是切割系统中的关键部件。由于超高压力的混合磨料对喷嘴的内部结构产生冲蚀磨损,在切割过程中喷嘴容易失效。为了提高喷嘴的使用寿命,设计内嵌式喷嘴结构。喷嘴芯由纯碳化钨烧结而成,表面镀类金刚石薄膜。采用现代表面分析技术,评价喷嘴镀类金刚石薄膜前后的微观结构、硬度和摩擦磨损性能。结果表明:镀类金刚石薄膜可以提高喷嘴的表面硬度和耐冲蚀性能,延长喷嘴使用寿命。

应用仿真技术优化磨料水喷嘴内部结构

研究了液固两相流在磨料水喷嘴中的流动仿真、计算粒子速度、描述粒子运动轨迹;为了优化磨料水喷嘴结构参数,研究分析了具有不同长度和锥形入口角的磨料水喷嘴。

变频二次脉冲喷嘴系统结构设计

【目的】前混合与后混合磨料射流加工技术存在影响表面质量、频繁出现的“水垫效应”,为实现节能环保、进一步降低能耗、持续提高射流束的加工能力及微细化能力。【方法】笔者在变频单脉冲前混合磨料射流喷嘴系统的基础上,研制了一种由双脉冲发生技术、微细直径玻璃喷嘴锻制技术、脉冲频率调节技术、前混合磨料射流技术多元融合的变频二次脉冲前混合磨料射流喷嘴系统。该喷嘴系统各部分结构大幅度创新,增加了侧喷嘴系统和终端微细玻璃喷嘴,并把上游喷嘴直径与下游喷嘴直径分别扩大到5 mm与7 mm,下游喷嘴结构设计为Φ7 mm通孔形式,与微细玻璃喷嘴相连接,形成了新型多功能的超微细喷嘴系统。【结果】最终生成的超微细高压磨料射流束直径为0.01 mm,满足设计预期。【结论】变频二次脉冲喷嘴系统具有节能环保性好、安全性高、加工精度高、加工质量好、加工效率高、加工能力强、技术先进等优点,可应用于超精密微细特种加工全部领域,实现“万能”加工效应,市场应用前景广阔。

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。

后混式磨料射流清洗油管涂料的实验研究

通过对后混合式磨料射流清洗油管涂料的实验研究 ,得出了后混合式磨料射流清洗油管涂料的清洗效率与喷嘴直径、喷距、喷射角以及颗粒直径的关系。后混式磨料射流清洗油管涂料的清洗效率随喷嘴直径的增大而增大 ,喷距、喷射角和磨料颗粒直径最佳参数值分别为 2 50mm、90°和 0 .8mm。

淹没磨料射流切割金属材料特性分析

以Q235钢板为样板,在完全淹没状态下,分析了切割靶距和切割速度对切割深度的影响,比较了不同喷嘴对钢板切割性能的影响,并得到在指定工况下切割钢板效果最好的喷嘴型号,最后在工程上常用的切割参数条件下提出一个预测切割深度的切割模型,为一般的工程应用提供了参考。

高压磨料水射流切割工程陶瓷研究

采用高压磨料水切割和工程陶瓷,研究高压磨料水工艺参数对其切割深度的影响。从陶瓷材料力学和高压磨料水流体力学基础出发,建立冲击力和加工参数关系。实验结果表明切割深度与水的压力成正比,与喷嘴移动速度成反比。采用硬质合金和陶瓷两种材料制备了磨料喷嘴,研究了喷嘴磨损量与加工参数的关系,采用SEM分析了喷嘴磨损原因。

关于磨料水射流理论磨料供给量的研究

介绍了磨料水射流切割优点和国内外水切机的磨料主要供给方式。通过对超高压水的流动特性分析 ,提出了在水切机磨料供给系统设计时 ,磨料供给量计算方法 ,并综合归纳了影响磨料供给量的水喷嘴、磨料喷嘴直径、系统压力的高低和磨料自身特性 (粒度、流动性 )等相关因素 。

反混合磨料射流喷头设计中的若干问题

据实验和经验总结，探讨了后混合磨料射流喷头的结构以及尺寸和材料的选取等相关问题。

水力喷砂射孔参数实验研究

通过室内模拟实验 ,对影响水力喷砂射孔能力的 7个参数 (射流压力、射流排量、射流磨料性质、磨料体积分数、磨料粒度、岩性和围压 )进行了系统研究 ,初步得出了各参数对射流破岩能力的影响规律。实验表明 ,水力喷砂射孔能力随压力和排量的增加而增加 ;磨料粒度和体积分数都存在着一个最优值 ,磨料体积分数为 6 %～ 8% ,磨料粒度为 0 .4～ 0 .6 mm;磨料的性质对水力喷砂射孔能力有一定的影响 ;岩石的性质和围压对射孔能力有很大影响 ;

水力喷砂螺旋割缝增产技术研究

水力喷砂螺旋割缝技术是利用高压磨料射流切割套管、水泥环，在地层中产生4条深度700～1000mm、高度200～300mm、宽度为20～30mm的螺旋形缝洞。该技术可以松弛近井地层，清洗堵塞渗流通道，从而改变近井地带的应力分布和减小渗流阻力，提高低渗地层渗透率，克服钻井污染带的影响，是开发低渗透油藏和增产增注的有效方法。实验研究了水力喷砂射流切割绕丝式防砂营和金属棉防砂管在岩样中的割缝能力，并对在胜利油田进行的10口井的成功现场作业进行了结果分析，大35—13-斜5井还进行了详细的应用效果分析。现场实验表明。水力喷砂螺旋割缝技术可以提高近井地层渗透率，降低地层表皮系数，而提高产量。通过研究，得到了一套包括选择作业井标准、施工工艺要求、施工步骤的现场施工工艺，并验证了该项技术的应用效果。

固液两相射流清洗油管涂料的实验研究

对前混合式磨料射流清洗油管进行了实验研究，研究结果表明，前混合式磨料射流清洗油管涂料的清洗速率随泵压和喷嘴直径的增大而增大，喷距、喷射角和颗粒直径的最佳值分别为１５０ｍｍ、１２０°（或６０°）和０．８ｍｍ。油管旋转速度与喷嘴平移速度的比值与清洗宽度成反比。前混合式磨料射流清洗油管涂料的速率大大高于后混合式磨料射流。

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。