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。

淹没条件下自激振荡脉冲水射流冲蚀试验研究

为了提高射流的冲蚀能力,利用自制的自激振荡喷嘴,在淹没条件下进行水射流冲蚀自制砂浆试块的试验研究,得到不同工况下的水射流冲蚀效果。结果表明,靶距对冲蚀效果有明显的影响;脉冲射流的冲蚀体积与冲蚀深度随着腔长的增加,先降低再增加,到达峰值后逐渐递减,在腔长LC=4.5 mm时,冲蚀体积达到最大;在相同工况下,脉冲射流的冲蚀体积比连续射流提高约37.1%～52.3%。

自激振荡脉冲射流喷嘴频率特性实验研究

基于水声学和流体动力学原理,建立了振荡腔内脉冲射流频率模型,研究结果表明,模态数、流体密度及密度变化率是影响射流频率的关键因素。采用SD150测试系统,分析了自激振荡脉冲射流动态特性中各参数对其频率的影响程度,泵压和自激振荡腔长对射流频率影响的实验结果表明,脉冲射流幅值比连续射流提高了约20%;泵压升高,射流频率增加;腔长增大,射流频率降低,且存在一个使脉冲射流压力峰值达到最大的最佳腔长。实验结果与理论分析一致。

减阻剂对后混合磨料水射流切割质量的影响

通过在后混合磨料水射流中加入聚丙烯酰胺切割大理石,测量切割工件的切缝宽度和切割表面的粗糙度来分析减阻剂对后混合磨料水射流切割质量的影响。试验结果表明:减阻剂对射流束有集束作用,同等条件下减阻剂磨料射流要比常规磨料射流的切缝窄,而且减阻剂使切割断面粗糙度减小,使切割质量提高。试验中,随着减阻剂质量分数的增加,切割质量得到提高。

水射流空化噪声的混沌辨识

水射流空化是一项很有潜力的高效节能的水处理技术,其关键技术在于空化喷嘴。通过水听器采集3种不同结构的喷嘴产生的空化噪声信号,以Takens定理为基础进行相空间重构并分别计算其最大Lyapunov指数,该方法为空化喷嘴的设计和检测提供了一种新的途径。试验发现这3组空化噪声信号的最大Lyapunov指数均大于零,即这3组信号都是混沌信号。喷嘴Ⅰ(具有自激振荡腔结构)的最大Lyapunov指数值最大,说明其空化噪声信号相空间中的混沌运动最剧烈,同时该结构的喷嘴对初始条件的依赖性也最大。

基于自振射流的纸浆搅拌技术试验研究

在造纸工业中,纸浆搅拌是整套工艺流程中的重要一环。基于自振射流技术,对纸浆搅拌桶内木材纤维及其混合物的搅拌效果进行试验研究。以木质纤维板为目标冲蚀物,将冲蚀后的木质纤维板料及浆料放入纸浆搅拌桶,分析自振射流对物料的冲蚀及搅拌效果。研究结果表明:采用自振射流搅拌时,随着喷嘴距桶液面距离的增加,桶内纸浆液中非纤维体积分数先增加后减少,并且射流冲击压力越大,粉碎搅拌效果越好;在相同试验条件下,自振射流搅拌效果优于传统机械搅拌法;与连续射流相比,自振射流对物料冲击压力大、破碎效率高、搅拌效果好。

脉冲气液射流冲蚀特性实验分析

从提高射流冲蚀效果出发,通过在自振荡脉冲水射流喷嘴振荡腔上开孔吸入空气使之形成脉冲气液射流,以混凝土为冲蚀件,测量其冲蚀体积及深度,并与自振脉冲水射流比较;以进气方式为研究对象,分析其对冲蚀效果影响规律。结果表明,脉冲气液射流冲蚀体积随靶距增加出现峰值,且峰值位置较脉冲水射流峰值点左移,其冲蚀深度随靶距增加呈线性降低;若腔长选择合理,脉冲气液射流冲蚀体积较脉冲水射流大幅上扬。两种射流的冲蚀深度未受腔长影响,且随靶距变化甚微;进气孔分布方式对冲蚀深度无显著影响,而对冲蚀体积影响较明显。

自振脉冲气液射流振动分析

从提高射流利用率出发,在自振脉冲水射流喷嘴振荡腔上开孔自吸入空气,以形成一种自振脉冲气液射流,研究其振荡频率以及打击力的实际影响因素.基于水声学与流体动力学原理建立自振脉冲气液射流频率模型,并以悬臂梁为靶物,通过考察射流冲击悬臂梁时的振动特性获得其时域及频域特征.结果表明,自振脉冲气液射流的振荡频率随腔长增加单调递减,随含气率变化存在极小值,且在初始段发生骤变,实测值与理论值相吻合;对应自振脉冲气液射流产生最大谐振峰值的最优腔长略小于自振脉冲水射流,且前者最大谐振峰值较后者明显提高.

气举技术在矿物开采中的实验研究

选用普通河沙作为实验颗粒,在实验室内模拟气举采矿,研究影响气举工作特性的关键因素.在浸入率相同的情况下通过改变喷嘴布置方式来测量提升管出口端排液量、排沙量和提升效率.实验结果表明,出现最佳工况所对应的气体流量值为Qg∈(36,40)m3/h;气举结构参数的变化对气举提升性能有显著影响,采用5个喷嘴时气举的工作特性最好,而采用不同气流喷射角度时,对应于α切=10°其气举工作特性在气量值约为Qg=37m3/h时达到最佳.

双腔室自激振荡喷嘴频率特性研究

作为对双腔室自激振荡喷嘴这一新型喷嘴的探索,基于流体网络理论建立了双腔室自激振荡脉冲射流喷嘴的相似网络模型,理论分析了双腔室自激振荡喷嘴频率特性。模型计算结果表明:双腔室自激振荡喷嘴结构参数对系统的固有频率有重要的影响,系统结构参数间存在最优匹配关系,并与文献中介绍的单腔室结构参数的最佳配比关系有较大的不同,双腔室自激振荡喷嘴较单腔室自激振荡喷嘴可以提高脉冲射流峰值压力。分析结果对双腔室自激振荡喷嘴结构设计具有一定的借鉴价值。

高效脉冲喷嘴在喷射钻井中的实验研究

基于水声学和流体动力学原理,分析了自激振荡射流中碰撞剪切流动压力扰动波的传播速度及其对射流振荡频率的影响规律,建立了振荡腔内脉冲射流频率的数学模型,得出了声压、流体密度以及模态数是影响射流频率的关键因素。为获得更为有效的冲击压力和破岩效率,从提高脉冲射流瞬时峰值出发,研究射流频率和射流压力峰值的实际影响因素。实验采用SD150测试系统主要研究了泵压和自激振荡腔长对射流频率的影响。实验结果表明:泵压升高,射流频率增加;腔长增大,射流频率降低。另外,存在一个最佳腔长使脉冲射流压力峰值达到最大。实验结果与理论分析一致。

电液压脉冲反应室水处理效果的实验研究

阐述了电液压脉冲水处理的原理,并通过实验发现,采用电液压脉冲水处理时,反应室的几何尺寸和形状对处理效果有着比较重要的影响。旋转抛物体形状的反射器效果最好,平面形反射器的效果最差。文中报道的这些实验结果,对确定反应室的几何尺寸和形状有一定的参考价值。

气力提升系统扬固特性试验研究

为探究颗粒对气力提升特性的影响规律,改变其供给量、粒径以及混合比例,探讨系统扬固特性,并采用高速摄像仪捕捉管内混合流体结构及运移特征。结果表明:颗粒供给量越大,越有利于提升,但随供给量不断增大,提升效果趋于稳定后反而变差;颗粒粒径越大,提升所需临界进气量越大,越不利于提升;改变颗粒情况不会影响管内的流型结构,但密集泡状流利于提升;混合颗粒中大颗粒比例越大,越不利于提升。故在实际工程应用中,应针对矿层的固体情况,作不同调整。

喷射气举的实验研究

设计出新型气举结构——喷射气举,选用精筛选的河沙(粒径1￣3 mm)作为提升对象,实验研究了喷射气举的扬水能力、扬沙能力和扬沙效率。实验结果表明:喷射气举可有效提升固体颗粒,影响喷射气举扬沙能力和效率的主要因素是进气量和浸入率,存在最优进气量使扬沙量最大,浸入率越高扬沙能力越强。

影响气举装置临界提升气体表观速度因素的研究

为了进一步弄清在气举提升过程中影响临界提升气体表观速度的因素,进行了理论与实验分析,结果表明:随着浸入率增加,临界提升气体表观速度减小;气体喷嘴的安装个数影响临界提升气体表观速度,其它条件不变的情况下存在最佳喷嘴安装个数;喷嘴的安装角度也是影响临界提升气体表观速度的重要因素。

电液压脉冲腔室压力数学模型的研究

基于电液压脉冲的产生机理建立了电液压脉冲效应的等离子体膨胀模型,并运用能量守恒原理确立了电液压脉冲腔室压力计算的数学模型。对模型进行研究所得结果表明:放电通道内的压力与等离子体膨胀半径和放电时间的平方成反比,与击穿电压和电容成非线性关系。利用该模型计算所得的电液压脉冲腔室压力值与文献[6]中的实测值相比,吻合度较好。该数学模型为电液压脉冲技术在工程中的应用提供了理论依据。

自振脉冲喷嘴异形结构对射流冲蚀性能的影响

从提高射流冲蚀效率出发,利用自振脉冲射流对不同形状喷嘴的冲蚀性能进行分析。根据自振脉冲装置结构参数与射流振荡频率之间的关系,建立不同形状的下喷嘴冲蚀性能分析模型;以砂砖为靶件,测量了同等当量面积的圆形和方形喷嘴冲蚀体积和深度,研究冲蚀时间、振荡腔长和靶距对射流冲蚀效果的影响规律。结果表明,随冲蚀时间增加,方形喷嘴的冲蚀体积和冲蚀深度均高于圆形喷嘴,超过最佳冲蚀时间段后方形喷嘴冲蚀深度增长放缓明显。振荡腔长的变化对冲蚀深度影响较大,圆形喷嘴所对应的最佳腔长略小于方形喷嘴。相同工况下,随靶距增大,方形喷嘴冲蚀深度与冲蚀体积的降幅小于圆形喷嘴,前者所对应的冲蚀表面损伤面积大于后者,实验结果与理论分析相一致,所得结论对脉冲射流装置的设计与优化具有参考意义。

淹没前混合磨料射流的数值分析

利用CFD方法对淹没条件下前混合磨料射流流场进行了数值模拟,研究了喷嘴内外液固两相流的速度规律。仿真结果表明:磨料水射流在淹没条件下的耗散较大,磨料粒子速度最大值出现在一定喷距处;对于圆柱、圆锥、锥直型3种不同形式喷嘴,以锥直型喷嘴效果更优;仿真结果与实验结果基本一致。

环形射流泵性能参数的数值模拟

基于Fluent软件,采用标准湍流模型在其它泵体参数选用经验值的情况下,对不同面积比的环形射流泵内部流场进行了数值模拟,计算得出2种入射角度下射流泵的性能参数,分析了不同面积比对射流泵最大效率的影响。结果表明:当面积比为1/3时,射流泵效率最高。以最高效率下降3%为原则,得出最优面积比的范围为0.3～0.35之间。

气举工作特性的实验与应用

研究了进气方式对气举提升性能的影响,通过改变气流喷嘴个数、喷射角度以及接气管布置方式来测试提升管出口端排液量、排沙量、沙颗粒浓度和提升效率.实验结果表明,进气方式的变化对气举提升性能有显著影响.当气量较低时,采用非对称布置喷嘴时其提升性能最好;当气流较高时,则需要采用对流体扰动较弱的进气方式以减小阻力损失,避免提升效率过低.实验还发现,气举的排液量、排沙量和举升效率都随着进气量的增加先增大后减小,即存在一个最佳气量值与之对应,但反应气举最佳工作特性的参数值几乎不能重合,因此要完全满足气举最优工况是很难实现的.另外,基于动量方程和能量方程建立了气举提升效率模型.