磨料射流切割井下套管的模拟实验研究

在围压实验架上模拟井下条件进行了围压、射流压力、横移速度、喷距和磨料浓度等参数对磨料射流切割影响规律的实验。结果表明 ,在 0 .5～ 1MPa围压下 ,切割效率最高 ;高射流压力、低横移速度、小喷距时切割效率较高 ;磨料浓度在 3 0 %～ 3 5 %时切割效率最佳。建立了围压条件下的切割模型 ,从而为磨料射流用于井下套管切割的工业应用奠定了理论基础     

磨料射流切割金属套管机理及计算公式

研究和分析了磨料射流切割机理,由于实际工作中固体颗粒做占比例较小,把磨料两相射流假定为稀疏固液两相流,将固体颗粒假定为伪流体,其运动速度与流体运动速度相同。根据弹性力学的固体接触理论,建立了相应的数学模型,得出了磨料颗粒与材料相接触时的最大接触剪应力公式,从而计算出切割套管所需要的最大剪应力,最后通过实例计算,其结果与现场试验结果相吻合,为该技术不断发展及工艺参数选择提供了理论支撑。     

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.     

围压下磨料射流喷射套管及灰岩实验研究

在设计可承受围压的磨料射流喷射实验装置基础上,选取低孔低渗的石灰岩及套管试件,改变喷射压力、围压、喷嘴直径、喷射距离等因素,分析磨料射流切割套管及岩心的特性。结果表明,喷射压力、喷嘴直径等是影响磨料射流喷射效果的主要控制因素,喷射压力及喷嘴直径越大,喷射效果越好,射孔深度越深;射穿套管的时间对喷距及围压较为敏感,但岩样中的射孔深度对二者变化时的响应较小。     

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。     

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。     

前混合磨料射流切割大理石的试验研究

本文通过切割大理石的试验,研究了射流压力、喷射靶距和横移速度三个参数对前混合磨料射流切割性能的影响。结果表明,增大压力是提高前混合磨料射流切割性能的有效手段,靶距在切割时宜小一些,横移速度在给定工作条件下有一最佳值。     

前混合磨料射流切割大理石板材的研究

叙述了前混合磨料射流切割装置及利用该装置切割大理石板材所进行的切割试验,并以此提出了合理的切割参数。     

小流量磨料射流切割性能的试验研究

在非淹没条件下,前混合磨料射流切割所用的圆形喷嘴直径多在1．3mm以上,磨料消耗量大,射流功率大,不能满足生产所要求的小型化、高压力、小流量的发展方向,为了前混合磨料射流的快速发展,提倡采用直径较小的圆形喷嘴。对φ0．65mm和φ1．38mm普通圆形喷嘴所产生的射流进行了对比试验研究,得出了这两个圆形喷嘴在非淹没条件下切割铝板所产生的射流运动规律。实验结果表明：在非淹没和其他条件相同的情况下,φ0．65mm圆喷嘴射流比φ1．38mm圆喷嘴射流的移动速度减慢了大约20％,但切割比能耗降低了大约57％。     

前混合磨料射流切割的灰关联分析

运用灰色理论和方法，通过对前混合磨料射流切割试验的分析，获得了压力、靶距、磨料浓度、横移速度影响切割的主次关系。     

前混合磨料射流新型连续加砂系统设计与实验

前混合磨料射流连续加砂难以实现,大大降低了工作效率,制约了该技术的推广运用.针对这一问题,提出在系统中并联两个磨料罐,运用气动闸阀实现磨料罐在加砂、供料两个状态间切换,运用射流泵自行加砂,为前混合磨料射流连续加砂提供新思路.对该系统的主要部件——射流泵进行实验研究,得出吸砂时最优喉嘴距为1.5d1左右,表明引射物的密度对射流泵最优喉嘴距影响较小;用直径为3mm的喷嘴在20MPa压力、8％磨料浓度下进行了30min的实验,共消耗4罐磨料,实现了前混合磨料射流的连续加砂;根据实验条件计算每罐磨料所使用的时间,调整两磨料罐状态切换的间隔时间即可实现不同实验条件下的连续加砂.     

前混合磨料的非淹没射流的水动力学研究

根据前混合磨料射流形成特点，提出了用单流体模型研究其水动力学结构。动用动量通量守恒定律，推导了轴心动压随靶距变化的关系式，并用试验作了验证。     

前混合式磨料水射流磨料颗粒运动的理论分析

应用液固两相流理论,分析前混合式磨料水射流磨料颗粒在高压水管路内输送过程中的轴向运动和横向运动,得出磨料颗粒在进入高压水管处和喷嘴处均产生轴向加速运动的结,并建立了轴向加速运动方程,求解表明,磨料颗粒在加速过程中需要一定的时间和空间,其速度以负指数形式趋近于高压管中水的速度,且在短时间内磨料颗粒的速度就能近似达到水的速度,磨料与水的混合液达到速度平衡状态,提出了重量、紊流运动时小漩涡垂直向到水的速度,料与水的混合液达到速度平衡状态,提出了重量,紊流运动时小漩涡垂直向上的份力,马格驽斯升力,颗粒尾迹间的作用力等是使磨料颗粒产生横向运动的力。     

磨料水射流旋转切割岩石深度计算模型

针对地下洞库结构防护设计,需对洞库围岩实施人工致裂,从而在围岩中构建人工裂隙群以达到抗爆消波的目的,提出利用环形磨料水射流切割围岩施工方法。根据磨料颗粒去除非岩石材料体积模型,推导了磨料粒子对岩石的体积去除量与磨料速度关系模型;基于磨料射流切口形状假设了环形磨料射流切割深度估算模型,并与已有数据进行对比验证了模型的有效性;定义磨料射流在外流场的流量衰减系数,提出了磨料射流岩石极限切割深度计算方法,通过算例分析了特定工况下磨料水射流切割砂岩及花岗岩的理想极限深度,得到磨料水射流对岩石的切割半径满足围岩人工割缝半径目标。研究表明:磨料水射流对花岗岩的制缝深度约为切割砂岩的55.7%;使用磨料水射流进行围岩割缝在工程应用中具备施工可行性。     

PIV技术在水垫塘实验模型淹没射流中的应用

使用PIV技术对模型单股淹没射流流场进行了测量，得到流场的流态及其特征参数(等流函数线、涡量、湍动能)；对水工实验模型的典型流动进行了图像处理，并分析了测量结果。该测量结果可为数值模拟水垫塘流场及水垫塘的优化设计提供参考。     

磨料水射流切削皮质骨断面形貌特征研究

为探索磨料水射流切削过程中对皮质骨材料的切削机理,提高切削断面质量,分别以石榴石、氯化钠为磨料对皮质骨进行切削,对比不同切削方向下断面粗糙度变化规律以及微观划痕特征. 实验结果表明,断面粗糙度数值均呈现先减小后增大的特点,依据表面粗糙度数值将断面分为初始区、光滑区、粗糙区3部分. 当使用磨料为氯化钠,切削方向垂直于骨单元时,断面粗糙度平均值分别是切削方向平行和横向于骨单元时断面粗糙度平均值的1.74倍和1.70倍.当使用磨料为石榴石,切削方向垂直于骨单元时,断面粗糙度平均值分别是切削方向平行和横向于骨单元时断面粗糙度平均值的1.41倍和1.55倍. 切削过程中断面形成大量微米级划痕,对比氯化钠、石榴石2种磨料对断面划痕特征的影响,与石榴石相比,当使用磨料为氯化钠时,皮质骨切削断面划痕尺寸偏大,长度、宽度值跨度相近,划痕深度值跨度较大.     

可降解软磨料对再制造水射流清洗性能影响因素研究

提出一种新型可降解软磨料用于磨料水射流清洗技术,分析对比不同硬度磨料水射流清洗再制造零部件的清洗性能和表面损伤规律. 采用石榴石硬磨料水射流、核桃壳软磨料水射流和纯水射流3种射流方式,开展清洗零部件污垢的对比试验;在不同清洗方式下,分析清洗速率、比能耗、清洗后表面粗糙度、最大坑深等4个方面的差异,并从宏观和微观层面分析不同清洗模式下基体损伤情况. 结果表明,核桃壳软磨料能够有效去除表面污垢和杂质,降低比能耗,提高清洗速率,同时又不会对基体表面产生较大的损伤,在再制造业清洗或对表面粗糙度要求高的场合下,是一种较为理想的选择.     

新型后混合磨料水射流喷嘴流场均匀性分析

针对目前后混合磨料喷嘴流场不均匀性问题,利用FLUENT仿真软件,对一种新型后混合磨料水射流喷嘴内部流场进行三维数值模拟. 通过比较喷嘴内部有无圆锥挡板的内部流场,分析圆锥挡板对流场均匀性的影响. 分析不同参数圆锥挡板喷嘴的喷射效果,得出新型后混合磨料水射流喷嘴不同参数结构对内部流场均匀性的影响规律,来提高后混合磨料水射流喷嘴中水和磨料混合均匀性. 分析结果表明：在保证出口仍具有较高速度的情况下,增大缩口直径,可以降低混合腔空气压力,改善液体在腔内聚集现象. 在此基础上,向混合腔中加入二次B样条曲线形状的圆锥挡板,当磨料入口采用斜入式与喷嘴轴线成45°时,出口体积分数最接近15%,体积分数波动最小,磨料与水混合均匀性大大提高. 通过正交试验分析多参数对磨料均匀性的影响,得到最优的结构参数.     

基于小波的AWJ表面拓扑结构特征分析

为了详细地研究水切割-AWJ（abrasive water jet）表面的主要特征,本文分别研究了由传统接触式测量仪和光学测量仪获得的信号。通过对信号的小波分解和重构,提取了形态误差、波纹度以及粗糙度等表面特征。另外,本文还详细地论述了小波基函数的选择以及小波分解层次确定等基本的应用问题。实验结果表明小波能够有效地应用于AWJ表面拓扑结构特征的分析和描述。