增压式脉冲水射流瞬时压力特性试验研究

射流压力特性决定其冲击能力,针对增压式脉冲水射流瞬时压力特性尚不明确这一问题,利用自行研制的增压式脉冲水射流压力采集系统开展试验,探究进水压力、进油压力及喷嘴直径等参数对增压腔压力特性的影响规律。试验结果表明:随着进水压力的提升,峰值压力不变,谷值压力同步提升,频率增大,增压比不变;随着进油压力的提升,峰值压力逐步增大,谷值压力不变,频率增大,增压比不变;随着喷嘴直径的增大,峰值压力逐步降低,谷值压力不变,频率增大,增压比逐步降低。同时,单周期瞬时压力中包含有两次主级脉动与一段次级脉动,通过调制进水压力可获取具有间断性与连续性的脉动压力特征。

增压式脉冲水射流破碎硬岩性能研究

为进一步提高脉冲水射流破岩能力,提出了一种增压式脉冲水射流发生方法,以低输入压力获取高脉动压力。为检验增压式脉冲水射流的破碎硬岩性能,搭建了增压式脉冲水射流破碎硬岩试验系统,开展破岩试验,并结合数值模拟获取的流场细节信息,分析了不同喷嘴直径、射流压力、靶距对增压式脉冲水射流破碎硬岩性能的影响规律。结果表明:增压式脉冲水射流的破碎硬岩性能随喷嘴直径增加先增大后减弱;随射流压力升高,射流轴心速度增大,但因气、液能量交换加剧导致的能量损耗增加,当前试验条件下射流压力为60 MPa时破岩效果最好;破碎体积在100 mm靶距达到峰值,而最大破碎深度对应的最优靶距为25 mm和75 mm,逐渐向喷嘴回移。研究结果对推动增压式脉冲水射流工程应用具有重要指导意义。

高压脉冲水射流提高松软煤层透气性的研究

提出了利用高压脉冲水射流钻孔、切缝以提高松软煤层透气性和瓦斯抽采率的新思想.基于岩石动态损伤模型,理论分析和数值模拟了高压脉冲水射流瞬时动载荷、柔性撞击作用下煤体的动态损伤特性及裂隙场的变化规律.结果表明,高压脉冲水射流的冲击效应、剥蚀效应以及震动效应等冲击荷载作用可有效破碎煤体,增大煤体裂隙率和裂隙连通率,提高煤层透气性.研发出了低透气性煤层中的高压脉冲水射流瓦斯抽采系统,在重庆某典型高瓦斯低透气性煤矿进行了成功应用,应用结果表明,高压脉冲水射流有效提高了煤层透气性,平均百米钻孔煤层瓦斯抽放量较原工艺提高了7.8倍.

高压脉冲水射流顶底板钻孔提高煤层瓦斯抽采率的应用研究

在分析松软煤层中钻孔塌孔、硬分层中成孔机理的基础上,提出利用高压脉冲水射流在硬分层或顶底板中钻孔,切至软分层提高瓦斯抽采率的新钻孔工艺。并基于高压脉冲射流破煤岩动力特性,分析计算了射流在松软煤层中切缝所需的射流压力及流量;研制出钻孔、切缝系统装置及工艺。在四川某煤矿的松软煤层进行了现场试验,应用结果表明钻孔深度是本煤层钻孔深度的2.7倍,平均单孔瓦斯的抽放纯量为0.19～0.26 m3/min,是采用原工艺钻孔的5.2倍以上。

脉冲水射流割缝后石门揭煤突出预测指标优选

为得到脉冲水射流割缝后石门揭煤最佳突出预测指标,根据脉冲水射流割缝作用下煤体裂隙场的动态演化过程,分析了煤样坚固性系数测值和煤体瓦斯放散初速度对综合指标D、K的影响,由此排除综合指标D、K。利用灰关联分析法,对现场采集的重庆、四川、河南地区7个煤矿应用脉冲水射流割缝后石门揭煤突出预测指标K1、S、P建立灰关联分析模型,计算各突出预测指标与突出危险程度的关联度。结果表明:钻屑瓦斯解吸指标K1能够更准确地反映脉冲水射流割缝后石门揭煤煤与瓦斯突出危险程度,应作为最佳预测指标。

脉冲水射流冲击起爆氯酸钾炸药的实验研究

利用实验的方法对高压脉冲水射流冲击起爆氯酸钾炸药进行了研究,通过设计一系列不同速度、不同直径的高压脉冲水射流冲击氯酸钾炸药试件,得到了高压脉冲水射流冲击起爆不同配方的氯酸钾炸药的临界速度和冲击起爆判据.实验结果表明,高压脉冲水射流冲击氯酸钾炸药符合无约束凝聚炸药的冲击起爆判据.

空气室位置对脉冲水射流的影响

应用水力瞬变特征线解法,建立设有空气室的永冲水射流系统的数学模型,差分网格只取脉冲源、空气室和喷嘴三个边界点,用所创立的变时步法解算。算例说明,空气室的位置对射流有重要影响,应当按各系统的具体情况正确设置,以取得增强脉冲水射流的效益。

导管-气室水力共振系统提高脉冲水射流强度的研究

采用波动法对导管-气室水力共振系统进行了研究,表明水力共振系统在合适的系统结构参数和流体参数情况下,可以使导管出口处的压力高于入口处的压力。初步实验研究证明,利用水力共振提高脉冲水射流的强度是可行的。理论和初步的实验研究为下一步高压条件下的实验提供了指导。

增压式脉冲水射流脉动特性可视化试验研究

脉冲水射流技术在硬岩破碎领域上具有较好的应用前景。为进一步提高脉冲水射流的破岩效率,提出了一种增压式脉冲水射流发生方法,以较小的输入压力下获取较高的脉冲压力。基于高速摄像技术及压力动态测试手段,搭建了增压式脉冲水射流外流场可视化测试系统,分别从射流压力、脉冲频率、形态及结构演变四个方面研究了增压式脉冲水射流的脉动特性。结果表明:增压式脉冲水射流是由低压连续射流段和高压脉冲射流段相互衔接而成的组合射流,射流压力大小随时间呈脉动性变化且脉动幅度可调,其脉冲射流段峰值压力随进油压力升高而增大,与增压腔初始压力无关;脉冲频率与进油压力呈幂函数增长关系,随增压腔初始压力增大最终趋于平稳;射流形态周期内演变过程具有明显的四个阶段:连续射流阶段、脉冲射流产生与发展阶段、脉冲射流稳定阶段、脉冲射流消散阶段,射流结构呈现多级脉动特征。研究结果为进一步研究和应用增压式脉冲水射流奠定基础。

利用水力共振提高脉冲水射流强度

提出了使用导管-气室系统引发水力共振,提高脉冲水射流的强度的设想.采用波动法对导管-气室系统进行了研究,表明在合适的系统结构参数和流体参数情况下,系统可以使导管出口处的压力高于入口处的压力.实验研究证明,利用水力共振提高脉冲水射流的强度是可行的,且存在最佳气室容积和最佳频率.

脉冲水射流水力共振设计

在导管首端设置正弦脉冲流发生器,下游某处设置空气室,精心构建系统条件造成水力共振,使喷嘴处脉冲射流的压力振幅大大提高。系统的数学物理模型用水力瞬变特征线有限差分方程建立,变时步方法解算。最优水力共振条件用Matlab直接搜索算法搜寻。正弦脉冲流发生器由恒流泵和正弦容积变化活塞缸构成,电动活塞泵用凸轮传动给出恒定流量,活塞缸活塞用凸轮或曲轴连杆传动使缸容正弦变化。

不同喷嘴结构下高压脉冲水射流的数值模拟

为进一步优化喷嘴结构,应用流体仿真软件Fluent对喷嘴中高压气体驱动的水柱进行数值模拟。在数值模拟方法中应用SST k-ω湍流模型与VOF模型,研究了直喷嘴、锥形渐扩喷嘴和锥形渐缩喷嘴结构下的管内外气/液分布与水射流的流体力学特性。模拟结果表明:直喷嘴水射流在初期有最高的射流速度,且在模拟计算域内平均速度最高;锥形渐扩喷嘴水射流射流速度最小、喷射距离最短,在初期射流横向扩散宽度最大;锥形渐缩喷嘴水射流在初期横向扩散宽度最小,在射流后期水射流速度最高、横向扩张宽度最大。该研究通过数值模拟给出了锥形渐缩及锥形渐扩喷嘴结构下高压脉冲水射流的流体力学行为,为后续进一步分析不同喷嘴结构下的高压脉冲水射流提供了参考。

高压脉冲水射流用于材料水蚀的研究

介绍了高压脉冲水射流用于模拟材料水蚀的试验装置的结构和工作原理。用不锈钢、高铬铸铁和司太立合金对水蚀试验装置性能进行了测试 ,采用扫描电镜对材料的失效断口形貌进行了分析。试验结果表明 ,所研制的水蚀试验装置可以很好地对材料的水蚀破坏状况进行模拟 ,具有结构简单、操作方便。

带空气室脉冲水射流系统通用分析法

针对所提出的用空气室引发水力共振以增强脉冲水射流的设想，应用水力瞬变特征线解法，建立系统的数学模型，差分网格只取脉冲源、空气室和喷嘴3个边界点，采用变时步法解算。这种方法具有灵活性大、受限制小、便于使用的突出优点。

电液压脉冲水射流强化金属表面的研究

分析电液压脉冲水射流的工作原理及电液压脉冲水射流发生器的设计方案,对射流发生器的聚能效应和射流的运动进行探讨。实验表明采用电液压脉冲水射流冲击金属表面,的确能使金属表面的强度和硬度得到提高。

用气室提高脉冲水射流强度的模拟研究

采用特征线法对用导管-气室水力共振系统提高脉冲水射流的强度进行了模拟研究,表明水力共振系统在合适的系统结构参数和流体参数情况下,可以提高导管出口处的压力振幅。气室容积太大会吸收导管起点压力的振幅,使压力脉动减小,太小则不起作用;喷嘴的出口直径越小,越能提高导管出口压力的振幅。

脉冲水射流水力共振系统理想脉冲源研究

阐明强制施加的无衰减标准正弦脉冲是水射流水力共振系统的理想脉冲源，创立用恒流源、在其出口旁接活塞缸、使活塞在缸内作往复正弦速度运动产生理想流量脉冲的方案，给出电动活塞泵用凸轮机构传动提供恒定流量、旁接缸活塞用凸轮机构或曲轴连杆机构传动使缸的容积呈正弦变化的技术。

基于脉冲水射流技术的警用防暴水炮的探析

研究了基于脉冲水射流技术的警用防暴水炮,重点研究了雾化效果和最大射程的最佳配合方式,对警用脉冲防暴水炮的设计有一定的指导作用。

脉冲水射流产生过程的流体力学特性数值模拟

为了研究脉冲水射流的流体力学特性,通过流体仿真软件Fluent15.0对两种实验工况下高压气体驱动水柱的流体力学过程进行了二维数值模拟,这两种实验工况分别是常温常压下直喷嘴圆管内0.25 MPa的高压氦气驱动和水枪中火药燃烧产生高压火药气体驱动。分别采用了SSTk-ω、Standard k-ε湍流模型与VOF模型,研究了在高压气体的驱动下水射流的流体力学特征,并对数值模拟结果与实验结果进行了比较。模拟结果表明:在采用SSTk-ω湍流模型的氦气驱动水柱的数值模拟中,气泡与射流前端速度呈单调递增变化,管内两观测点的压力先增大后减小,与实验结果有很好的一致性;在使用Standard k-ε湍流模型的火药水枪数值模拟中,模拟中水柱的速度变化与实验结果也有很好的一致性,射流在1.50ms左右达到最大然后逐渐减小。两组结果表明,所采用的数值方法在模拟高压气体驱动大体积液柱射流方面有一定的准确性。

脉冲水射流破岩的数值模拟与分析

基于多物质任意拉格朗日-欧拉流固耦合算法(ALE),建立了脉冲水射流破岩的有限元模型.对不同入射速度下的破岩过程进行模拟,得到了岩石在脉冲水射流作用下的破碎和损伤演化过程,分析了射流速度对破岩效率的影响和最优入射速度.