磨料水射流中磨料颗粒的受力分析

对磨料水射流中磨料颗粒的受力进行了分析,采用量级比较和典型函数法重点研究了Basset力、虚拟质量力、Magnus力和Saffman力与Stokes力的相对重要性.结果表明,对磨料水射流进行模拟研究时,必须考虑惯性力、重力、压差力和Stokes力对磨料颗粒运动的影响.当磨料颗粒在喷嘴的收缩段和直柱段中运动时,磨料颗粒所受的Basset力、虚拟质量力与Stokes力处于同一量级,对磨料颗粒的运动影响很大,不可忽略;随着时间的推移,当磨料颗粒从喷嘴射出后,磨料颗粒所受的Basset力、虚拟质量力与Stokes力相比要小得多,对磨料颗粒的运动影响很小,可以忽略;磨料水射流喷嘴外流场中,流体粘性的存在限制了磨料颗粒的旋转,磨料颗粒所受的Magnus力比Stokes力小得多,可以忽略;在喷嘴外的自由射流区域,由于流速梯度沿径向变化较慢,磨料颗粒所受的Saffman力同Stokes力相比也可以忽略.     

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。     

前混合磨料水射流磨料颗粒加速机理分析

为了提高前混合磨料水射流的切割效果,以固液两相流理论为基础,建立了磨料颗粒在前混合磨料水射流中不同阶段的运动受力模型,分析和研究了磨料颗粒的加速机理和运动规律.理论研究表明,磨料颗粒在高压管路中加速不明显,主要加速过程是喷嘴收敛段、圆柱段和射流在大气中的核心段.数值计算结果证实了前混合磨料水射流切割同样的材料所需压力仅为后混合磨料水射流的1/10左右.     

盐析凝胶-Fenton法处理水射流磨料生产废水

采用盐析凝胶法回收废水中的聚乙烯醇(PVA),并对盐析凝胶后废水进行Fenton处理.考察Na2SO4及Na2B4O7·10H2O投加量、pH、温度、反应时间等因素对PVA回收效果的影响,同时研究Fenton氧化过程中H2O2投加量、pH等因素的作用效果.结果表明:盐析凝胶Fenton氧化法可以有效地回收废水中的PVA,并能高效降解废水中的有机物.在室温、pH为4、Na2SO4投加量为15g/L、Na2B4O7·10H2O投加量为 2.5g/L、反应60min的条件下,废水中PVA 回收率可达88.78%;Fenton法进一步处理后的废水中未检出PVA,化学耗氧量(COD)去除率达87.86%.     

煤矿井下磨料水射流切割机的设计研究

本文在煤矿井下高瓦斯等危险环境中,基于水射流"冷"切割的特性,设计了一种前混合磨料水射流切割机系统,分析了使用该切割系统的安全性;提出了切割系统的设计原理和设计要求,对主要设计参数进行了分析计算。切割系统安装调试的正常运行表明:切割机的设计原理和计算准确可靠,对煤矿井下金属切割具有重要的现实意义。     

后混合磨料水射流切割石材的特性

对后混合磨料水射流切割石材特性进行了理论和实验分析,并探讨了磨料水射流切割石材的切割机理,分析了改变切割工艺参数对切割深度的影响特性,最后对石材切割的表面形貌进行了论述和分析.     

前混合磨料水射流磨料混合腔流固耦合分析

基于Solidworks软件对用于水射流切割机中的前混合磨料水射流磨料混合腔进行建模,结合流固耦合分析原理,利用Fluent软件进行混合腔腔体内部流场的数值模拟分析.比较腔体内部流场均匀性受侧进式进料方式和中进式进料方式的影响程度,分析高压水的入口角度、腔体收缩锥角度、磨料混合腔直径以及高压水入口位置对中进式进料方式腔体内部流场均匀性的影响.结果表明:在以相同进料速度进料时,中进式的出口磨料平均速度较侧进式要更高一些,更有利于磨料的充分加速;当高压水入口角度为37.5°,收缩锥角度为45°,磨料混合腔直径为50 mm,高压水入口位置为80 mm时流场的均匀性最佳.     

煤矿井下磨料水射流切割机切割性能试验研究

利用自行设计的煤矿井下磨料水射流切割系统对钢板进行切割实验,研究各切割参数（切割速度、驱动压力、切割靶距和磨料流量）对切割性能的影响规律,为今后开发研制煤矿井下用磨料水射流切割机提供一定的技术依据。试验结果表明：（1）系统驱动压力与切割深度呈线性变化关系;（2）综合考虑切割深度和切割效率,切割速度存在一个最佳范围;（3）切割靶距存在着一个最佳值;（4）磨料流量也存在一个最佳值。     

基于BP人工神经网络的磨料水射流切割深度模型

在已知的磨料水射流切割混凝土实验数据的基础上,应用BP人工神经网络理论,并且借助MATLAB神经网络工具箱,建立磨料水射流切割深度模型.模型中包括的射流参数有射流压力、靶距、磨料粒径、磨料流量、磨料喷嘴直径、磨料喷嘴长度及横移速度.通过模型预测结果与实验结果的比较,表明模型具有一定的精度.     

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。     

后混合磨料水射流切割石材的特性

对后混合磨料水射流切割石材特性进行了理论和实验分析，并探讨了磨料水射流切割石材的切割机理，分析了改变切割工艺参数对切割深度的影响特性，最后对石材切割的表面形貌进行了论述和分析。     

磨料射流割缝技术防突机理及应用

为改善李子垭南二井3102北机巷掘进碛头瓦斯预抽时间长、掘进速度慢的现状,通过对磨料射流使煤(岩)体损伤模型及防突机理的分析,研究了磨料射流切割破碎煤(岩)体的过程;利用磨料水射流切割煤矸石的实验研究,确定了磨料射流切割煤矸石的各种参数,并研制了一套新型的适合于现场应用的磨料水射流割缝装置。现场试验表明:磨料射流能够切穿单轴抗压强度为62MPa、60～80mm厚度的煤层夹矸,在煤层中形成缝槽,增大了瓦斯涌出自由面,促使煤体大范围快速卸压,增强煤层透气性,首月内瓦斯单孔平均抽采量提高了2.83倍。     

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。     

磨料射流固液两相流场的数值模拟

为了解决磨料射流固、液两相流场运动对割缝效果的影响问题,采用数值模拟的方法,通过建立磨料射流固、液两相流场的数学模型,研究了磨料两相射流割缝的速度场和流动场规律。结果表明:磨料射流中割缝速度可达100 m/s左右,有利于有效割缝;有效割缝需要入射压力至少达到25 Mpa;磨料射流割缝过程中会形成了一道"水墙"阻止磨料射流全部高速射出。产生二次回流。虽然二次加速的效果有限,但二次循环的水和颗粒经过二次加速能够再一次对壁面形成高速打击,提高割缝效率。研究成果对磨料两相射流割缝提高油井采收率具有指导意义。     

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.     

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％。     

基于数值模拟的高压磨料射流喷嘴流场分析及结构优化

为得到高压磨料射流喷嘴内部水流和磨料颗粒运动分布的最佳特性,本文基于二相流理论,利用数值模拟方法研究了高压喷嘴内部混合水相的速度及湍流强度分布,重点分析了磨料入口位置对喷嘴出口处磨料颗粒收束性及喷嘴内壁面磨损状况的影响,并提出了减轻壁面磨损的改进措施。结果表明,距喷嘴中心轴线距离越远,喷嘴内部混合水相的湍流强度越低,但由于磨料入口处存在旋涡,混合水相速度则随之先降低后升高。随着磨料入口位置越靠近高压水入口,出口处磨料的收束性呈现先变好后变差的趋势,磨料颗粒则会大量聚集于磨料入口与上壁面交界处,造成喷嘴内壁磨损,此时可通过在后壁面和上下壁面使用圆角过渡来改善射流流向,进而减少聚集处磨料颗粒的体积分数。