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，     

抗磨白口铸铁冒口水射流切割的实验研究

依据设计的前混合磨料水射流切割机,进行高强度的抗磨白口铸铁冒口的切割试验;研究了切割参数(压力、切割速度、流量和靶距)对一次最大切割深度的影响,研究表明:驱动压力越大,一次切割最大深度随之近似线性增加,切割速度越大,一次切割最大深度越小;磨料流量越大,一次切割最大深度先增大后减小,切割靶距越大,一次而切割深度先增大后减小选择。因此,合理的参数对系统运行效率和安全有着重要的意义。     

水气同轴喷嘴结构对提高水射流喷射能力的影响

采用结构合理的水气同轴喷嘴可以解决气体保护内部水射流的问题,能有效提高水射流能力.通过数值模拟的方法对比3种典型的气喷嘴对水射流的影响,找出各喷嘴组合的主要缺点,经改进调整后得到优化的气喷嘴结构.通过模拟试验和现场试喷验证,优化的喷嘴结构不但能增强水射流能力,而且对气喷嘴寿命的提高也有较好的效果.     

一种适合硬膜抗磨粒磨损性能试验方法的研究

提出了一种适合评估硬膜材料抗磨粒磨损性能试验的新方法，并研究了各种因素对硬膜抗磨粒磨损试验结果的影响。试验发现，硬膜的磨损量与磨损时间以及试棒转速成正比；当磨料粒度在一定的范围内变化时，磨损量与磨料的粒度成正比；当磨料的粒度超过某一临界尺寸后，磨损速度变化不大。在粒度为１８０目时，磨损磨难的效果最佳。在有饱和水溶液的磨料中，同时存在着磨料磨损和气蚀磨损方式。     

淹没条件下水射流涡旋特性大涡模拟及实验研究

采用大涡模拟方法对淹没条件下水射流的涡量场进行数值模拟,分析流场中涡旋的产生与扩散机制,并通过相同条件下粒子图像测速仪测量射流的涡量场,对模拟结果和方法进行验证。模拟研究泵压和围压对淹没射流涡旋特性的影响。结果表明:在射流流场中,由喷嘴出口产生一系列涡量集中的点涡旋,随着射流的前进涡旋逐渐扩散,卷吸周围介质并传递能量,卷吸范围逐渐扩大,而卷吸能力沿射流轴向呈指数衰减;随着泵压升高,整个流场中涡旋的涡量值明显增大,涡旋扩散长度直线上升;围压对涡量基本没有影响,围压的增加会使涡旋扩散区长度直线下降,减小卷吸作用范围。     

高压水射流冲击破岩损伤场分析

以Johnson-Holmquist modelⅡ(JH-2)脆性材料本构模型来表征岩石的力学特性,利用光滑粒子流(SPH)和有限元(FEA)耦合算法建立高压水射流冲击破岩过程的数值模型,很好地模拟水射流损伤破岩过程中岩石失效、裂纹扩展以及不同位置岩石单元的损伤程度随时间变化的过程。此外,模拟分析射流冲击速度、入射角以及平移速度对岩石损伤场的影响。研究结果表明:岩石的损伤破坏、裂纹扩展是剪切和拉伸共同作用引起的,且近射流冲击点的损伤破坏由剪切作用主导,而放射性裂纹和层状裂纹的扩展主要由拉伸作用主导;岩石单元的损伤值随时间呈阶跃性变化,且射流冲击损伤破岩过程为微秒量级;射流冲击损伤破岩的入射角存在一个有效范围,当入射角大于70o时损伤破岩效果较好;射流冲击速度较低时以表面冲蚀岩石为主,射流冲击速度达到一定值才能使岩石损伤破坏,出现放射性裂纹和层状裂纹;射流平移速度与冲击速度相比很小,对岩石的损伤场影响不明显。     

自振射流喷嘴振荡腔内信号检测方法

为了获取喷嘴振荡腔内的压力脉动信号,提出一种新的检测方法。首先分析自振射流的特性,设计了产生自振射流的喷嘴结构;结合计算流体动力学分析喷嘴腔内动压分布,确定测压点位置;运用流体网络理论分析自振射流的频率特性,在此基础上确定用于实验的微型高响应压力传感器;考虑到腔内振荡信号的非平稳性,采用希尔伯特-黄变换( HHT)信号分析方法。实验结果表明,腔内振荡信号主要集中于40~60 Hz、110~150 Hz和200~310 Hz三个频带,且组成频率成分所对应的幅值差异明显;距离喷嘴出口较近处,自振信号振幅较大,频带窄。     

水射流卸压增渗及抽采瓦斯效果的渗流力学数值解

为提高低渗煤体的瓦斯抽采性能,以重庆天府三矿为研究目标区,采用低温液氮吸附法和压汞法测定了煤层孔隙结构,分析了重庆天府矿区煤体低渗的原因,结果表明,煤体孔隙多为两端开口的平板状、管状孔,孔隙的连通性好,压汞渗透率是原位煤体渗透率的2×105倍,煤体孔隙本身的渗透性较好,煤层低渗为高地应力所致。进行了底板穿层钻孔高压水射流卸压增渗试验,试验表明,卸压后煤层渗透率增加了90倍,抽采率从17%提高到了58%,抽采量增加了4.8倍。建立了瓦斯抽采的渗流力学方程,解算了卸压增渗透前后的不同抽采时间条件下的抽采半径,优化了合理布孔间距、抽采时间,为水射流卸压抽采瓦斯效果评价提供了理论指导。     

新型旋转水射流钻孔技术

水射流钻孔技术是20世纪70年代发展起来的一门新技术．并广泛应用于煤炭、机械、石油、冶金、建筑、消防、化工等行业，主要用来对物料进行切割、破碎和清洗。研究表明：水射流钻孔法被认为是最有潜力、效率最高、能量传输方便、易于实现的新型钻孔方法，在工作压力103MPa的情况下．高压水射流钻进的速度是普通回转钻头的2～4倍。     

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.