淹没磨料射流效应实验研究

在前混合磨料射流系统和淹没射流环境下,借助数码摄像测试系统,研究淹没磨料射流中空泡云的形成以及空泡云长度随泵压、围压的变化规律.研究结果表明:在淹没磨料射流中,空化噪音随围压的增加而减少;在低围压阶段,空化噪音衰减明显,淹没磨料射流不出现最大噪音的峰值围压;而随泵压的增加,空化噪音逐渐增加,其变化规律与清水空化射流产生的空化噪音变化规律基本一致;泵压增加,花岗石的冲蚀深度增加,泵压与冲蚀深度呈指数函数分布;围压增加,花岗石的冲蚀深度减少,最优空蚀效应围压为1 MPa.     

旋转空化喷嘴结构优化设计及涡旋特性分析

为提升高压水射流破碎开采天然气水合物的效率,优化设计一种旋转空化射流喷嘴。利用计算流体力学方法探究不同叶轮数、叶轮加旋角度、入口速度和出口围压对旋转空化射流特性的影响规律,对比分析旋转空化射流和收缩-扩张型空化射流的流场分布规律、涡旋特性及天然气水合物沉积物的破碎特征。研究结果表明：叶轮加旋角度对旋转空化射流的影响明显比叶轮数的影响大,叶轮数及叶轮加旋角度的优化值分别为3个和360°;在喷嘴结构固定的情况下,提高入口速度能获得空蚀及射流冲蚀能力更强的旋转空化射流,而围压升高则会弱化流场中空化云的初生与发展;旋转空化射流因兼具正向冲击、径向张力及周向剪力和“梭形”空化云特点,较收缩-扩张型空化射流有更优的破岩效果;叶轮旋转效应所产生的中心涡使得旋转空化射流的涡结构更加复杂,流场中更易形成“负压”区以提升射流的空蚀能力。     

淹没磨料射流场模拟计算分析

通过对高压磨料射流的多相流模型的研究,数值模拟了淹没磨料射流流场与压力场.指出颗粒相速度分布始终小于水相速度的分布,颗粒相最大滞止压力普遍较水相增加100%以上.分析了淹没磨料射流流场与压力场随泵压、围压的变化规律.指出随着泵压增加,水相速度与颗粒相速度增加幅度相同;随围压的增加,水相速度与颗粒相速度减少幅度一致.     

淹没空化水射流水下模拟实验装置的理论分析

在对影响淹没空化不射流性能因素的分析基础上,提出了实验室模拟水下切割的构想;计算分析了在高水深背景下的水下切割过程中,淹没水域环境的压力及温度变化,为模拟水下切割提供了实验依据。     

脉冲磨料射流主要参数对切割性能的影响

通过实验，研究了淹没和非淹没状态下磨料浓度、振荡腔腔长、靶距等参数与脉冲磨料射流的切割和冲蚀性能的关系，对比分析了脉冲磨料射流与前混合磨料射流在相同实验条件下对花岗石、石灰岩等的切割、冲蚀性能。实验结果表明，脉冲磨料射流的最大切割深度和体积冲蚀速度在淹没状态下分别是前混合磨料射流的1.67倍和１.72倍,而在非淹没状态下为１.39倍和１.47倍。这对提高磨料水射流的切割效率、降低比能耗，扩大磨料水射流的应用范围奠定了基础。     

油井中磨料射流割缝机理研究

研究了油田油井中磨料射流割缝的机理,阐明了磨料射流割缝时流体在缝隙中流动的状态,讨论了水力喷砂割缝时射流流动情况,认为在套管中对套管割缝时系自由淹没射流,说明了油井中磨料射流割缝是三面附壁复合射流的原理,解释了不同材料在高压水射流作用下的破坏形式和为什么淹没磨料射流在压力很低的情况下仍然能够将靶距为1000mm以外的5mm钢板击穿。     

空化和空蚀机理及其影响因素

对空化和空蚀现象的机理和影响因素进行了综合论述，包括空化初生、空化数、空化初生影响因素、空蚀破坏机理、空蚀试验方法、空蚀影响因素、空化噪声等，为进一步深入研究和应用空化空蚀现象打下基础     

高压空化水射流破碎岩石的试验分析

在不同泵压和淹没压力每件下,针对不同类型的空化喷嘴对高压空化水射流破碎岩石效果进行了一系列实验研究,其主要目的是探讨高压空化水射流的冲蚀能力与水力参数的相互关系,提高破岩效率。结果表明：射流的驱动泵压与冲蚀深度成正比;围压增加将使冲蚀深度降低;水射流存在一个最佳靶距;冲蚀时间具有区域性,冲蚀深度最终将趋于稳定,增加不明显;收敛型喷嘴的冲蚀深度远小于缩放型喷嘴的冲蚀深度．     

水下环境模拟及水深对磨料射流性能影响的研究

依据流体静力学理论,确定实验室模拟淹没水射流的方法及装置,利用此装置模拟水深对淹没磨料射流的冲蚀性能的影响进行了研究．实验结果表明,在相同的工况下,达到一定的模拟水深后,淹没磨料射流的冲蚀性能呈下降趋势．     

脉冲磨料射流中球泡溃灭特性的理论

从理论上研究了脉冲磨料射流中球泡的溃灭特性，建立了脉冲磨料射流中空化球泡的动力方程，分析了磨料粒径和浓度对射流中空泡溃灭过程的影响规律。研究表明，在磨料粒度和密度较小时，粒径的变化对空泡溃灭影响不大，浓度的增加使得混合流体的粘性增大而且使渍灭空泡附近的磨粒动能增加，使得空泡溃灭过程减缓。在磨料粒度和密度较大时，粒径越小对空泡溃灭的阻滞作用越大，浓度的增加同样使得混合流体的粘性增大、溃灭空泡附近的磨粒动能增加，射流的空蚀强度减弱。     

自激振荡脉冲磨料射流中波速对频率的影响

自激振荡脉冲磨料射流的振荡频率直接决定着磨料的加速效果和射流的空化效应,分析了自激振荡脉冲磨料射流中压力扰动波的传播速度及其对射流振荡频率的影响规律,数值计算表明：磨料的浓度、密度及体积 弹性模量对波速影响幅度很小,而气体的存在对射流中波速影响很大,很少量的气体就会使波速降低很大,射流振荡的频率随波速的减小而明显增大。结果对设计自激振荡脉冲磨料射流喷嘴有指导意义。     

磨粒粒径对Si3N4结构陶瓷冲蚀磨损性能的影响

以冲蚀磨损工况下的典型应用材料Cr15Mo3高铬铸铁为对比材料,采用转盘式液-固双相流试验机研究了不同SiC磨粒粒径对Si3N4结构陶瓷抗冲蚀磨损性能的影响,分析了试验材料冲蚀磨损的微观失效机制.研究结果表明:在各种粒径磨粒的冲蚀磨损条件下,Cr15Mo3铸铁的冲蚀磨损率都比Si3N4结构陶瓷的高,Si3N4结构陶瓷的抗冲蚀磨损能力是Cr15Mo3铸铁的20倍左右;粗颗粒磨料冲蚀条件下试验材料的体积损失比细颗粒磨料冲蚀条件下的大,即磨粒越粗冲蚀磨损越严重;在微观上,Cr15Mo3的腐蚀坑、冲蚀坑多,基体材料冲刷磨损严重,W型失效形貌明显,而Si3N4结构陶瓷的冲蚀磨损面比较光滑,材料失效主要是晶界粘结相失去多所致;结构致密、晶粒细小并有细小柱状晶的存在等是Si3N4结构陶瓷抗冲蚀磨损性能优异的主要原因.     

磨料射流旋转切割套管试验及工程计算模型

针对海洋废弃井口切除的工程需求,在淹没条件下进行射流压力、喷嘴直径、喷嘴个数、切割头转速、切割持续时间、喷距、磨料质量分数、磨料种类等因素对切割影响规律的试验研究,并建立淹没条件下套管切深与时间关系的工程计算模型.结果表明:高射流压力、大直径喷嘴、较多的喷嘴个数、长作业时间、小喷距时切割深度较大;切割头最优转速为7.8 r/min;磨料质量分数在26.1%时切割效率最高;铁砂的切割效果最好;工程计算模型可为套管切割深度的预测和套管切断时机的判断提供理论依据.     

多层水平淹没射流新型消能技术发展与应用述评

多层水平淹没射流是一种新型消能型式,具有流态稳定,消能效率高,雾化低,适应性强等特点．长期以来国内外研究人员对多层水平淹没射流进行了大量的研究工作,目前已经认识了该消能工流场中的许多机理与水力特性．基于此,比较分析了国内外对多层水平淹没射流问题在理论分析、模型试验和数值模拟研究3个方面的研究现状,评述了三者研究方法对多层水平淹没射流的预测能力．同时针对向家坝水电站高水头、大单宽流量、多泥沙的泄洪消能技术难题,探讨了多层水平淹没射流在向家坝水电站中的成功应用,为同类工程及环境影响要求较高的工程提供了重要参考,也为今后该领域的研究方向提供科学依据．     

水平圆形浮力射流稳定性及混合特性研究

在对静止环境中有限水深水平圆形热浮力射流进行数值计算的基础上,对不同射流和环境条件下的两种流动类型:热水以浮力表面层形式向下游扩散的稳定排放和浮力热水与环境水体发生二次挟带的非稳定排放的判据进行了验证,并对流动的稀释度特性进行了研究.认为在稳定排放条件下,浮力热水在近区快速地被稀释,近区局部水温较高;而非稳定排放条件下,近区局部水温较低,浮力热水向下游的影响范围较广;给出了稳定和非稳定排放下的表面最小稀释度公式;最后拟合出了表面碰撞区中心点位置的公式,为流动区域划分提供了量化依据.     

常压下淹没自振空化射流冲蚀岩石效果的试验研究

本文对常压下淹没自振空化水射流进行了试验研究,着重研究了风琴管空化喷嘴的冲蚀效果及其影响因素。对自振空化喷嘴的结构关系和设计模式进行了理论推导,并用半理论的方法对风琴管空化喷嘴和脉冲空化喷嘴进行了设计。用风琴管空化喷嘴、脉冲空化喷嘴和锥形喷嘴做了不同喷距时的冲蚀人造砂岩试验,得出了喷距影响规律。研究结果表明,自振空化喷嘴的冲蚀效果明显优于锥形喷嘴。在此基础上,通过对常压下风琴管空化喷嘴的冲蚀效果及其影响因素的研究,得出了一些规律性结果,为喷嘴优化设计提供了依据,使自振空化射流在工业上得到了广泛的应用。     

圆形浸没射流冲击下有关压力梯度的理论分析

对圆形轴对称射流冲击下的轴向、径向压力梯度值进行了理论计算、就引射、局部换热系数径向分布峰值出现的位置及机理进行了分析、讨论,计算结果与浸没射流的实验结果符合较好,压力梯度的存在决定了浸滑射流的径向换热分布形状,而Ｒｅ数只是控制其换热的强弱。