电磁磨料射流增压特性参数优化研究

针对前混合磨料射流设备存在连续性差和后混合磨料射流系统磨料混合不均匀等问题,论文基于电磁磨料浆体射流技术,采用数值模拟分析和实验研究相结合的方法对影响电磁磨料浆体射流增压特性因素进行深入研究。依据前人研究结果,采用数值模拟预测磁通密度和电压两参数对导电介质出口速度及其动能影响情况,搭建了试验平台,结合正交试验特点,并进行试验。试验表明：磁通密度对射流增压特性影响最大,电压次之,验证了数值模拟分析结果,且在磁通密度为0.7 T,电压值为72 V,导电介质浓度选为18 %,极板间距为0.025 m情况下,射流增压特性效果最好。     

超声辅助微细磨料水射流加工系统的关键零部件研究

为提高磨料水射流的加工性能,研制了超声辅助微细磨料水射流加工系统,对加工系统的关键零部件进行了设计与分析。利用数值计算及ANSYS仿真软件设计了超声喷嘴装置,保证超声波能量与射流能量充分耦合,减少了能量损失。采用Fluent模块优化了磨料浆体供给装置,促进磨料与射流均匀混合,改善了磨料水射流的加工效果。     

旋转磨料射流套管开窗数值模拟及试验验证

提出利用旋转磨料射流进行井下开窗的技术路线,建立套管在旋转磨料射流冲蚀作用下的损伤模型,利用有限元方法对旋转磨料射流套管开窗进行数值模拟,并通过室内试验对模拟结果进行对比分析。结果表明:利用数值模拟方法可以较准确地模拟套管的实际开窗过程,揭示旋转磨料射流套管开窗的机制;旋转磨料射流开窗工艺简单、作业成本低,形成的窗口形状较为规则,可以满足径向水平钻进的要求。研究结果为井下套管开窗技术的进一步发展提供了理论基础。     

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。     

磨料浆体旋转射流破岩钻孔特性实验研究

聚丙烯酰胺作浆体添加剂,由高压罐在高压管路中加入磨料形成磨料浆体,通过定点冲蚀岩石实验研究磨料浆体旋转射流的破岩钻孔特点。实验表明,磨料浆体旋转射流冲蚀岩石形成的破碎坑呈"V"形。与非旋射流相比,相同水力参数下磨料浆体旋转射流的钻孔直径增加1.2倍左右,破岩体积提高约4倍。添加剂聚丙烯酰胺的含量增加对提高射流的破岩钻孔深度有明显地促进作用。     

关于磨料磁流体射流可行性的分析

通过对前混合磨料射流和后混合磨料射流进行对比分析,发现了两种磨料射流技术均存在一些技术缺陷。为了解决这些问题,对磁流体推进技术展开研究。通过Fluent软件对磁流体中磨料运动进行分析;并且通过试验装置验证了直流式磁流体推进装置能够对磁流体产生增压效应,形成了直流式磨料磁流体射流。在直流式的基础上,分析了交流式磨料磁流体射流的优点,展望了交流式磁流体推进技术在磨料磁流体射流上的应用前景。通过电磁场方程以及流场方程建立数学模型,分析了其在磨料射流上应用的可能性。     

磨料浆体旋转射流破岩钻孔特性实验研究

聚丙烯酰胺作浆体添加剂，由高压罐在高压管路中加入磨料形成磨料浆体，通过定点冲蚀岩石实验研究磨料浆体旋转射流的破岩钻孔特点。实验表明，磨料浆体旋转射流冲蚀岩石形成的破碎坑呈“V”形。与非旋射流相比，相同水力参数下磨料浆体旋转射流的钻孔直径增加1．2倍左右，破岩体积提高约4倍。添加剂聚丙烯酰胺的含量增加对提高射流的破岩钻孔深度有明显地促进作用。     

前混合磨料水射流连续加料系统设计与实验研究

针对现有前混合磨料射流系统不能实现磨料连续供给的问题,提出利用射流泵原理抽吸和混合磨料实现连续加料的新思路,即利用有压水从射流泵喷嘴以一定速度喷出而引起的负压场卷吸磨料进入射流泵内的混合腔,并与水混合后经喉管和扩散管进入高压胶管,最后经切割喷嘴加速后喷出,形成连续磨料水射流。为使系统性能最优,分析了连续加料系统的结构组成及工作原理,并设计了系统的结构与尺寸;运用数值模拟方法对影响连续加料与射流性能的主要因素——切割喷嘴与射流泵喷嘴面积比进行优化设计,分析了其对系统性能的影响规律,确定了其最优取值范围;通过室内压力测试、连续加砂及切割试验对系统性能进行了验证,结果表明,在合适的面积比结构下,该连续加砂系统在磨料入口能形成负压及足够的压力梯度,将磨料吸入并加速,且在切割喷嘴端仍然保留足够的静压转化为动能,实现前混合磨料水射流的连续高效作业。     

磨料浆体旋转射流及其破岩钻孔技术达到国际先进水平

受山东省科技厅委托，东营市科技局组织有关专家，对中国石油大学（华东）完成的“磨料浆体旋转射流及其破岩钻孔技术”项目进行了科技成果鉴定。以苏义脑院士为主任委员的鉴定委员会一致认为，该项研究成果总体达到了国际先进水平，其中对磨料浆体射流结构特性的研究居国际领先水平，     

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。     

密度分层流中的浮射流模拟

以垂向密度变化的环境流体为背景,采用k ε紊流模型,建立了垂向二维浮射流的数值模型.模型的求解采用有限体积法和SIMPLE算法.针对密度分层流中的浮射流实验,对垂向密度呈线性变化的垂直浮力射流进行了数值模拟,得到射流的密度场、射流轨迹、稀释度和射流宽度等的分布规律.通过数值模拟和实验结果的对比分析表明,两者吻合较好,所建立的垂向二维浮射流紊流模型能够比较精确的模拟分层环境中浮射流的水流状况和射流进入环境流体的混合状况.     

静水中正方形孔口浮力射流特性的研究

建立了静止环境中正方形孔口浮力射流的三维湍流模型，考虑浮力对射流的影响，采用混合有限分析数值格式来离散求解数学模型，给出了其数值模拟结果．为验证该数学模型和计算方法以及所得到的数值结果的正确性，对静止半无限环境中的正方形孔口的浮射流进行了试验，测量得到了各工况下轴线上的温度，试验资料与数值模拟结果的良好吻合表明该数学模型和计算方法能有效的模拟该类流动．将试验结果与已有的圆孔浮射流的轴线浓度比较发现两符合良好．同时在离射流孔口一小段距离后，数值模拟得到的不同高度位置处的温度和纵向流速等值线分布形态与圆孔浮射流的分布形态完全一致，并验证了温度和流速自相似区域的存在．     

磨料浆体旋转射流的速度分布及其受聚丙烯酰胺添加剂的影响

利用粒子成像速度场仪(PIV)对磨料浆体旋转射流的时均速度场进行了测量,得出了射流中磨料粒子的速度分布和滑移速度分布,并考察了聚丙烯酰胺添加剂对其的影响。结果表明,淹没条件下,射流中磨料粒子的速度分布仍类似于高斯分布;随喷距增加,在射流轴心附近的磨料轴向速度和滑移速度都先增加后降低;实验条件下,磨料浆体旋转射流的扩散角为20°,比非旋转射流的扩散角大1.52倍,因而旋转射流具有钻大直径孔眼的能力;聚丙烯酰胺具有抑制射流横向扩展和降低射流轴向衰减的作用,随聚丙烯酰胺质量分数的增加,射流固液两相的速度都相应提高。     

磨料浆体旋转射流的速度分布及其受聚丙烯酰胺添加剂的影响

利用粒子成像速度场仪(PIV)对磨料浆体旋转射流的时均速度场进行了测量,得出了射流中磨料粒子的速度分布和滑移速度分布,并考察了聚丙烯酰胺添加剂对其的影响.结果表明,淹没条件下,射流中磨料粒子的速度分布仍类似于高斯分布;随喷距增加,在射流轴心附近的磨料轴向速度和滑移速度都先增加后降低;实验条件下,磨料浆体旋转射流的扩散角为20°,比非旋转射流的扩散角大1.52倍,因而旋转射流具有钻大直径孔眼的能力;聚丙烯酰胺具有抑制射流横向扩展和降低射流轴向衰减的作用,随聚丙烯酰胺质量分数的增加,射流固液两相的速度都相应提高.     

磨料射流切割物料的机理及实验研究

阐述了磨料射流的构成，磨料射流的混合机理，以及切割动能理论公式的推导，最后通过试验分析了切割参数的变化和磨料参数变化对切割深度的影响。     

线型聚能装药射流形成过程的数值模拟

聚能射流形式过程的研究对于正确认识射流侵彻理论具有重要的意义。根据线型聚能药的结构特点,利用DYNA3D显式有限元程序对线型聚能射流的形成过程进行了数值模拟。模型探讨了线型聚能装药爆炸的诸多重要物理特性,如药型罩的压垮、射流形成和拉伸以及体杵体的“体缩”现象。还分析了线型聚能射流形成过程中速度、密度、温度等参数的分布特性,得出了射流有逆向速度梯度和杵体存在“体缩”现象听结论,其结果与现有的理论分成果基本一致。     

基于互补式布浆的混合室内浆料流动特性

为了研究互补式布浆方式下混合室内的流动特性,分析了互补式布浆方法及混合室的结构设计,采用计算流体动力学(CFD)的方法,研究了混合室内浆料流动特性,分析了支管束横排和纵排支管间的混合效应,并对经混合室混合后的布浆效果进行了实验验证。结果表明,进入混合室的平行排管射流是一种相同直径不同流量的射流流动,从支管束横排来看,各支管射流间产生了较强的卷吸和干涉作用,使射流向中间位置偏转和集中,导致在混合室中间位置处流量较大,两边流量略小。上下对应支管间射流在混合室内也形成了强烈的卷吸、干涉,使两股不等量的射流在混合室内完成互补混合和平均。实验结果与计算结果相吻合,最大偏差仅为0.538%,优于采用单侧进浆的浆料分布,表明互补式布浆方法依靠混合室的掺混作用能够很好地实现浆料均布。     

建筑内自然对流对射流的影响研究

当射流出口速度较小或室内自然对流强度较大时,室内自然对流对射流特性产生重要影响。采用数值模拟方法,研究了建筑内左右壁面为定壁温边界条件下的自然对流与射流共存时的速度场和温度场。根据数值计算结果,分析了自然对流对射流特性的影响及其影响因素。这为工程设计中预测自然对流对室内气流射流的作用及合理设计室内气流组织提供了依据。     

高压磨料水射流过程流场压力场数值模拟

利用计算流体力学方法对高压磨料水射流过程进行了数值模拟.应用拉格朗日随机轨道模型对固体颗粒的运动轨迹进行数值模拟,采用标准湍流模型对连续相流动进行数值模拟,得到连续相速度场和压力场分布.结果表明,颗粒直径是射流过程主要影响因素,改变系统压力和喷射靶距,可以为高压磨料水射流过程的研究提供有意义的途径.     

横流中垂直出流式多孔射流稀释特性研究

运用两相流混合模型对横流中垂直出流式多孔射流进行数值模拟,并结合室内水槽实验的实测结果,验证了该模型能够较好地预测横流中多孔射流的浓度场.针对实验和模拟结果,给出了中心纵剖面浓度分布、射流轨迹线以及浓度的沿程变化规律,分析了水深和流速比对多孔射流稀释特性的影响.通过数值模拟计算结果,观察到多孔射流的分叉和融合现象,可以定量地分析多孔射流的融合位置及其浓度的变化,为扩散器的理论研究和设计提供可靠的依据.