基于Solidworks的水力割缝喷嘴特性数值模拟

水力割缝是煤层卸压和增加煤层渗透率的有效方法,其中喷嘴结构是影响水力割缝效果的关键部件,通过Solidworks软件对收缩型喷嘴内部流场进行数值模拟,通过对比优化喷嘴参数,并在实验室进行试验分析了影响割缝效果的因素。     

基于Fluent的水力割缝喷嘴轴心间距优化

利用Fluent软件建立了不同喷嘴轴心间距下水力割缝的数学模型,采用标准k-ε湍流模型模拟了钻孔内部流场,并分析了喷嘴轴线间距对射流流场分布、轴心速度衰减和钻孔壁面压力分布的影响。研究结果表明:该影响较大,喷嘴轴心间距越小,射流流场分布越紊乱。随着喷嘴轴心间距d的增大,射流流场分布规律性逐渐明显,且轴心速度衰减呈现先减小后增大的趋势,喷嘴轴心间距的最佳值为40 mm。     

煤层割缝喷嘴结构优化与试验

高压水射流割缝增透技术是一项新型的瓦斯抽采技术,其中喷嘴是切割的执行元件。影响喷嘴切割性能的结构因素有喷嘴稳定段长度、收缩角和直线段长度,3因素相互制约,且存在一个最优值。应用正交设计的方法对不同参数组合下喷嘴出口流场进行了模拟,模拟结果表明:稳定度长度为0 mm、收缩角为30°、直线段长度为9 mm的割缝喷嘴具有最佳的喷射性能。在室内对其切割性能进行测试,结果表明:优化后的喷嘴切割能力为原喷嘴的1.5倍。     

非淹没高压旋转水射流喷嘴割缝参数试验研究

利用高压水力系统在实验室对不同设计参数的高压水射流喷嘴进行了切割不同硬度试样的试验,找出了喷嘴参数与割缝宽度和深度的关系,优化了割缝喷嘴的设计和加工参数,为高压旋转水射流割缝喷嘴的设计和加工以及割缝技术在煤矿瓦斯抽采领域的应用提供了实验依据。     

煤层水力割缝系统性能瞬变特性研究

煤层水力割缝预抽采技术是防治煤与瓦斯突出这种矿井主要动力灾害的有效手段,但水力割缝系统在工况转换过程中存在瞬变现象,极易诱发煤与瓦斯突出。针对水力割缝系统在工况转换瞬变中瞬变压力和流量控制的问题,采用实验测试方法对自主研制设计的水力割缝关键装置不同喷嘴和阀芯结构参数瞬变压力和流量进行了系统测试,分析了割缝关键装置喷嘴与阀芯结构参数对瞬变压力和流量的影响规律。试验结果表明：喷嘴数量与参数对瞬变压力不产生影响,瞬变压力均为1.1 MPa,净流量呈现线性变化规律,能够利用线性变化预测瞬变压力,预测最大误差9.3%;割缝关键装置阀芯不同参数对瞬变压力影响不同,流量控制主因数为上孔口直径,试验瞬变压力不随阀芯面积改变而改变。     

松软煤层水力割缝缝槽形态控制技术研究及应用

为解决松软煤层(f>0.2)超高压水力割缝期间缝槽发育难控制、易垮孔等问题,通过理论分析手段,分析了割缝缝槽周围煤体应力分布规律,获得了割缝缝槽周围煤体塑性区分布影响因素。研究了高压水射流破煤规律,得到了影响割缝缝槽形态的主要因素为割缝压力、喷嘴直径及煤体自身硬度。提出了基于松软煤层特点的超高压水力割缝缝槽形态控制技术,获得了控制松软煤层缝槽深度、宽度以及发育速度的关键参数为割缝压力、喷嘴直径及压力调节速度。通过现场应用表明,针对松软煤层其缝槽形态控制合理参数为：割缝喷嘴直径2.5～3.0 mm,割缝压力70 MPa,割缝调压间隔3～5 min。验证了松软煤层水力割缝缝槽形态控制技术适用性,可效提高松软煤层水力割缝施工成功率及安全性。     

进退式高压水射流割缝对煤层卸压增透效果的影响

高压水射流割缝技术目前为单一低透气性煤层卸压增透技术的主要措施,通过穿层钻孔在煤层内部进行水力割缝,冲出部分煤体,改变钻孔周围应力状态,破坏煤层内部平衡,增加煤层透气性能。从不同割缝工艺的效果分析进退式割缝对煤层卸压增透的影响及其特点,得出符合不同矿井条件的割缝工艺:进式割缝过程中钻孔内比较"暴躁",适合于煤层厚度不大煤层,退式割缝过程中钻孔内较"温柔",适合煤层厚度极大煤层。     

喷雾除尘雾化喷嘴流场仿真与分析

喷雾除尘是目前应用广泛的矿井除尘方法。为深入研究入射水压对喷嘴内部流场和雾化效果的影响,利用Fluent软件对一种常用的直射型喷嘴不同入射水压下内部流场进行了仿真,得出了喷嘴内部的压力场和速度场的分布规律。指出了入射水压对喷嘴内部流场压力和速度变化和液相水分布的影响,喷嘴入射压力越大,雾化效果越好。     

水力冲孔喷嘴几何参数对喷嘴内部流场的数值模拟研究

利用计算流体软件建立了水力冲孔喷嘴内部流场的三维数学模型。采用标准k-ε湍流模型模拟了喷嘴内部流场,并分析了喷嘴参数对流场速度分布影响。结果表明,喷嘴收缩角和长径比对喷嘴内部流场影响较大,但各参数都存在着最优值。计算结果与室内实验基本吻合,验证了喷嘴内部流场分布与射流煤层打击效果存在着内在联系。     

淹没射流旋转割缝技术在突出煤层掘进中的应用

针对突出煤层中现有防突措施耗时长,不能满足煤巷掘进需要的问题,提出利用淹没射流在煤层中旋转割缝,大幅增加围岩卸压区长度,改变煤体结构（包括孔隙裂隙结构和应力状态）,缩短防突措施时间,从而提高煤巷掘进速度。研究了淹没射流旋转割缝的卸压增透机理;理论推导出影响射流旋转割缝性能的水力参数;计算出适用于煤巷掘进的射流压力和喷嘴直径数值范围;并通过室内试验确定了煤层普氏系数0.8时的喷嘴最优转速。在平煤集团某矿回风巷掘进面现场试验结果表明,淹没射流旋转割缝技术有效影响半径是单一超前钻孔的2.5倍;钻孔数量较之减少70%,月进尺增加83%,显著提高了工效。     

基于田口方法的钻割一体化喷嘴结构参数优化

为解决钻割工艺中喷嘴易堵死的难题,采用田口方法,在单因素实验的基础上,优化适合松软煤层的大直径喷嘴几何参数,以期为喷嘴设计提供参考依据。研究结果表明:出口直径、出口圆柱段长度、收缩角对出口轴心速度影响的显著性:收缩角>出口直径>出口圆柱段长度。出口直径与出口圆柱段长度、收缩角与出口圆柱段长度均存在较强的交互作用。优化后喷嘴性能得到显著改善,田口方法结合有限元方法能在较短时间内,通过少量实验,为喷嘴结构参数优化提供一种经济、可靠的解决方案。     

外啮合齿轮泵内部流场的数值分析

针对外啮合齿轮泵泵体结构对其内部流场的影响,采用FLUENT的动网格计算模型,通过变化中心距和转速,对某外啮合齿轮泵的内部流场进行数值分析。结果表明,在轮齿啮合区域附近,流体压力呈周期性大幅度变化,并在两相邻的啮合齿对间形成了显著的困油现象;中心距越小(大),出口处的平均速度越大(小),进出口压力差越大(小),困油区压力越高(低);出口流速和转速呈线性正比关系。设计时选用稍大的中心距可降低困油区压力。     

基于CFD的反循环钻头内喷孔直径参数研究

孔底流场是反循环钻井取样的关键流场,主要由内喷孔、底喷孔和中心通道形成。为提高反循环取样能力,增强反循环效果,对交汇型和螺旋型内喷孔直径参数开展研究。借助计算流体动力学软件CFD,模拟内喷孔产生的压力场和速度场,引入内喷孔抽吸系数比较进口和出口的质量流量,探讨内喷孔直径变化对增强反循环效果的影响。研究结果表明：交汇型内喷孔产生的流场受直径参数影响较大,螺旋型内喷孔产生的流场受直径参数影响较小;相同直径条件下交汇型内喷孔压力变化范围高于螺旋型内喷孔压力变化范围;随直径增大,交汇型和螺旋型内喷孔抽吸能力均升高,但是交汇型内喷孔抽吸能力随直径变化幅度更大。     

淹没条件下分散射流对浓密板结料浆的扰动试验研究北大核心

为研究浓密机喷嘴射流对浓密料浆的影响效应,基于室内试验(喷嘴变径、压力、喷口分布、高能量低衰减)和工业试验(射流时间、扰动范围、料浆浓度)的方法,考察喷嘴射流对料浆的扰动性能,通过计算扰动区域、渗透性能及料浆影响因素确定射流与浓度的匹配关系,构建了流场作用下的CFD数值模型,将取得的成果应用到实际中。表明:1)锥体安装射流系达到剥离板结料浆的目的,为获得稳定的底流浓度提供了方法;2)浓密机在满载状态下工作16 h后启动射流系统是最佳时间,论证了料浆底流浓度与扰动系统之间的时空响应关系:分层纵向上扰动时长为20、15和9 min;3)研究了喷嘴“梅花”型布置射流扫描完全覆盖板结区域,推导了相邻喷口流场最大体积量,验证了喷嘴每层数量20、14、9、6时易形成弧形相切面,利于全区域内料浆的剥离;4)以屈服应力和黏度评价指标考察剪切破坏及压密脱水性能,利于实现浓密机底流浓度稳定。     

淹没高压水射流清洗地浸生产井过滤器的数值分析

采用数值模拟方法, 利用Fluent软件对300 m水深的淹没高压水射流清洗地浸过滤器的流场特性进行分析, 对比了不同喷嘴直径、喷嘴压降、冲击偏角和冲击靶距对污垢的冲击压力、剪应力、有效去污面积等去污指标的影响。结果显示, 喷嘴直径从1.0 mm增至2.0 mm, 射流最大冲击压力、最大径向速度和有效清洗长度分别增加22.15%、27.59%和905.46%;增大喷嘴压降会增强射流冲击压力, 提高射流去污能力;适当增大冲击偏角可以增强靶面剪应力, 冲击偏角 30°左右时去污效果较好;有效去污面积随冲击靶距增加整体呈先增大后减小的趋势。数值仿真分析结果表明, 采用淹没高压水射流去除地浸生产井过滤器上的堵塞物是可行的。分析数据可为清洗喷嘴的设计及清洗工作参数的选取提供一定参考依据。