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。     

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．     

围压对旋转射流破岩钻孔效率的影响

根据现场径向水平钻井技术的需要，在前期常压条件下研究的基础上，对围压条件下旋转射流的破岩钻孔效率进行了试验研究。结果表明，在围压条件下，随着射流压力的增加，旋转射流破岩效率呈现出线性增加的趋势。随着喷距的增加，破碎效率呈现出先增加后减小的趋势，即存在最优喷距。在围压低于5MPa时，破碎红砂岩的最优无因次喷距为2-2.5；随着围压的增加，破岩效率呈指数下降趋势，最优喷距随围压的增加而减小。在同压差条件下，围压比射流压力对破碎效果的影响更大。     

围压对旋转射流破岩钻孔效率的影响

根据现场径向水平钻井技术的需要 ,在前期常压条件下研究的基础上 ,对围压条件下旋转射流的破岩钻孔效率进行了试验研究。结果表明 ,在围压条件下 ,随着射流压力的增加 ,旋转射流破岩效率呈现出线性增加的趋势。随着喷距的增加 ,破碎效率呈现出先增加后减小的趋势 ,即存在最优喷距。在围压低于 5MPa时 ,破碎红砂岩的最优无因次喷距为 2～ 2 .5 ;随着围压的增加 ,破岩效率呈指数下降趋势 ,最优喷距随围压的增加而减小。在同压差条件下 ,围压比射流压力对破碎效果的影响更大。     

高压水射流破碎高围压岩石损伤场的数值模拟

利用ALE(arbitrary lagrange-euler)算法,考虑到一般情况下岩石处于高围压状态,建立了高压水射流冲击高围压岩石的数值模型.分析了高压水射流冲击下高围压岩石的损伤演化过程,指出岩石破碎过程呈阶跃式;通过对比无围压状态下岩石和高围压状态下岩石在高压水射流作用下破碎坑演化情况,指出处于高围压状态下的岩石损伤沿轴向的演化速率明显低于无围压状态下的岩石,沿径向的损伤演化受围压影响较小.通过分析4个典型单元在不同速度射流冲击下损伤演化情况,表明在提高射流速度可明显提高射流破岩效率,并在理论上对射流速度与射流破岩性能的关系进行了解释.     

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30％－35％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。     

井底受限射流流场的数值模拟

考虑到深井、超深井中井底围压对射流流场有一定的影响，建立了井底受限射流流场的物理模型。采用κ-ε模型，并对模型的主要系数进行了优选，用有限元方法对围压条件下井底受限射流的流场进行了数值模拟。给出了高围压条件下射流轴心动压力、径向速度和轴心线上湍流动能等流场参数分布，并与零围压条件下淹没自由射流的参数进行了比较，得出了高围压条件下受限射流轴心动压力衰减规律的数学模式，进一步完善了钻井水力参数设计的理论和方法。     

围压条件下井底环空循环吸入式粒子射流破岩试验

井底环空循环吸入式粒子射流钻井是解决硬地层破岩钻井效率低下的有效途径。采用所研制的井底围压试验装置,试验探索井底环空循环吸入式粒子射流破岩的规律。结果表明:随着围压的增大,粒子射流破岩效率逐渐减小;随着射流压力、粒子直径和硬度的增大,粒子射流破岩效率逐渐增大;随着喷距和粒子质量分数的增大,射流破岩效率呈现先增大后减小的趋势;井底环空循环吸入式粒子射流高效破岩钻井方法确实可行。     

深埋高围压高水压下低渗透岩石的渗透特性

为了探讨深埋高围压条件下低渗透岩石的渗透特性,取锦屏二级水电站大理岩试样分别进行不同围压条件下全应力—应变过程渗流试验。根据试验结果分析得出:岩石渗透系数变化与体积变形密切相关。因此,采用变形相关的渗透系数来研究岩石在破坏前后不同阶段的渗透系数与体积应变的关系。对于低渗透岩石,在峰前阶段渗透系数变化不明显,峰后破坏阶段渗透系数显著增大。高围压使岩石破坏延迟,岩石峰前阶段的低渗透特性表现的更持久。用变形相关的渗透系数模拟岩体流—固耦合问题更符合实际工程。     

高围压高孔隙水压作用下岩石蠕变特性

对重庆某地深部砂岩进行高围压和高孔隙水压作用下分级加载蠕变试验。结果表明:加载初期的一较短时间内,孔隙水压力在一定程度上延缓轴向变形,随后整个加载过程表现为增强岩石轴向变形。相同围压下,有孔隙水压和无孔隙水压时岩石蠕变可能存在一个相同的应力强度比阀值,当应力强度比超过该阀值后便会出现加速蠕变破坏。选取三元件广义Kelvin模型描述高围压高孔隙水压作用下加载应力低于屈服应力σs时的岩石蠕变特性,效果较为理想。基于高围压高孔隙水压作用下砂岩加速蠕变试验曲线特性,采用拟合、类比的方法引入一个二元件黏塑性模型,将其与三元件广义Kelvin模型串联组成一个新的可以描述岩石加速蠕变全过程的非线性黏弹塑性蠕变模型。采用基于Quasi-Newton非线性优化算法(BFGS)的Matlab编程,实现对高围压高孔隙水作用下岩石加速蠕变全过程曲线进行辨识,对比试验曲线和模型拟合曲线,二者吻合较好,验证非线性黏弹塑性模型的正确性。     

水下气体射流技术的柱形与环形结构仿真分析

为了探究不同形态射流的关联异同,以N-S方程为控制方程,选用Standard K-epsilon湍流模型,采用有限体积法与多相流界面捕捉方法 VOF模型,在二维矩形计算域内,对速度为100 m/s的柱形与环形水下气体射流进行数值模拟研究,探究两种不同形态的射流的发展和关联。研究结果表明:选用模型正确,成功模拟出射流初期气泡的演化过程;柱形与环形水下气体射流虽然在形态发展历程与物理规律上基本一致,但在射流初始形态、轴向发展速度等方面存在差异;同时发现在射流过程中存在卷吸作用。数值模拟结果给出了实验中无法测量的压力场变化、流体流动方向等流场结构,为该技术的实验开展以及在工程领域的广泛应用起到了很好的帮助作用。     

低压脉冲射流的调制机理及调制器振动模拟

介绍和分析了钻井液主流阻断式调制射流产生低压脉冲的机理和可行性。初步设计出全尺寸低压脉冲调制器 ,利用MATLAB环境下的Simulink系统建立了调制器液压振动力学运动的计算机仿真模型。对调制器的液压控制过程及阀系运动进行了初步模拟 ,显示出调制器主阀和控制阀协调振动工作的可行性。仿真计算结果表明 ,调制器振动的频率、主阀启闭时间以及在下止点关闭主流的时间等重要工作性能指标基本符合射流低压脉冲的要求 ,这说明调制器的结构参数基本合理。调制器的实际工作性能、指标以及模型仿真的可靠性还有待于实验验证     

横流环境下振荡射流三维数值模拟

采用大涡数学模型对横流环境下正弦振荡射流进行三维模拟,重点分析了横流环境下非振荡射流与振荡射流运动特性和稀释规律的差异,并探讨了振荡参数对射流的影响.结果表明:横流环境下振荡射流形态与非振荡射流区别明显,其运动轨迹发生弯曲,呈现出明显的间歇性污染物云团现象;与非振荡射流相比,振荡射流的冲击高度与弯曲程度明显增加,与周围...     

弹体侧向喷流流动干扰数值模拟与分析

通过求解三维N-S可压缩方程,对弹-翼组合体的侧向喷流流场进行数值模拟.研究了不同喷口位置,不同喷流压力下的干扰流场.分析了流场结构,研究了流场干扰与气动力干扰的关系.结果表明,在超音速流场中,喷口位置的不同,会带来喷流放大因子的变化.喷口位置相对于翼偏转,即喷口与翼面的夹角增大,喷流放大因子相应增加,侧向喷流的控制效果更好.     

高压水射流剥蚀橡胶材料的数值模拟

将高压水射流技术应用与废旧轮胎的回收是一项新的技术发展趋势。采用光滑粒子流体动力学耦合有限元方法,对水射流冲击破碎橡胶进行数值仿真分析。较好的反映了水射流与橡胶材料相互作用变形的的宏观物理过程,证明了该仿真方法适用于此类问题,为理解橡胶颗粒剥蚀机理提供了参考。     

煤与瓦斯突出瓦斯射流数值模拟

将煤与瓦斯突出过程的瓦斯突出视为连续射流,应用伯努利方程,建立了瓦斯射流的数学模型,得到了瓦斯突出射流流速和流量表达式,在此基础上考虑突出口压力和突出口直径影响,进行了瓦斯射流的数值模拟,得到了突出压力与突出射流最大速度、突出压力与射流流场分布、突出口直径与突出影响范围间关系规律。模拟结果表明:突出口压力与突出射流最大速度近似呈线性关系,在一定条件下射流流场分布具有甩尾效应,突出口直径越大,其突出影响范围越大。     

前混合磨料高压水射流切割喷嘴的数值模拟

为了延长喷嘴的使用寿命,提高水射流设备的使用效率,对前混合磨料高压水射流的喷嘴结构进行了优化设计.利用CFD软件对几种典型喷嘴的内部流动进行了数值模拟和仿真,得到了压力分布图、速度分布图、紊动能分布图及轴线上轴向速度图等仿真结果.对仿真结果进行了对比分析,得出了结构型式较好的喷嘴,为耐久喷嘴的研制提供了依据.分别用3种喷嘴做了一系列的试验,并与仿真结果进行了对比,证明仿真结果是准确的.     

一种体系化分布式水下防御能力验证系统设计与仿真

设计了一种基于真实-虚拟-构造(LVC)资源集成的体系化分布式水下防御能力验证系统;建立了系统的基本架构,设计了系统主要功能,根据功能需求设计了核心功能模型。同时,建立了基于各类影响因素的行动能力评估模型,能够辅助进行关键要素对行动能力影响的分析与研究。通过仿真试验,验证了系统的评估能力。     

水下机器人视景仿真系统的开发

水下机器人的视景仿真在整个机器人的研制中占有非常重要的地位，基于软件Muhigen Creator和Vega，在SGI图形工作站上视景仿真系统被开发出来．介绍了利用Creator的建模方法，整个场景的生成过程，以及用Vega的图形界面Lynx和它提供的函数来实现对整个场景的控制．同时介绍了用X-Motif来开发控制窗口的关键技术．仿真结果表明，该仿真系统能够满足水下机器人智能控制软件的开发对所需要的调试环境的要求．     

冷喷涂材料改性研究中超音速冲击射流流场数值分析

针对冷喷涂材料表面改性技术研究中，超音速冲击射流流场存在激波、分离流等复杂的物理现象，采用扩展压强校正法求解用紊流模型封闭的可压缩湍流平均N—S方程组，利用交错网格系统抹平迭代过程中的数值振荡．并通过高分辨率的离散格式进一步改善校正法的激波捕获效果，对冷喷涂工艺中的超音速冲击射流流场进行了详细的数值模拟，可为冷喷涂实验及机理研究提供重要依据．