磨料质量分数对预混合磨料水射流破岩效果的影响

预混合磨料水射流是突破煤矿深长钻孔内高效破煤岩技术瓶颈的有效技术，在坚硬顶板治理、沿空留巷和硬煤增透具有广泛应用前景。磨料质量分数是影响其破煤岩效果的重要因素。为明确磨料质量分数对磨料加速、分布以及冲击动能的影响，基于离散元的耦合模型(CFD-DEM模型),考虑颗粒间的摩擦、碰撞，添加颗粒相体积分数和动量源相，修正VOF多相流模型，开发用户自定义函数(UDF)通信接口，精确计算了磨料质量分数对磨料颗粒加速运动与分布的影响，准确描述了磨料粒子对水射流流场的影响。结合预混合磨料水射流破岩实验，得到了以下结论：在固定压力下，不同磨料质量分数的射流液固能量转化效率不同，导致磨料冲击动能不同。提高磨料质量分数，能够提高破煤岩效果，但存在最优值。每一压力条件下都有与之相适配的最优质量分数，此质量分数下能量转化效率最高，磨料冲击动能最大。如射流压力5 MPa时，80目(0.178 mm)石榴石最优质量分数为11%。同一质量分数下，提高射流压力可提高磨料冲击动能，但是能量转化率和利用率降低。提高压力使射流速度增加，曳力增大，但射流与磨料接触时间缩短，导致射流能量未能及时转化为磨料动能。相较于提高射流压...     

固液两相射流喷嘴外冲击流场的数值模拟

以k-ε双方程模式湍流流动为理论基础,利用有限元分析软件对固液两相射流前混合喷嘴外冲击流场进行数值模拟,得到前混合磨料水射流喷嘴外冲击流场的速度场和应力场变化。仿真结果表明,两相射流沿轴线方向速度在自由射流阶段速度梯度下降缓慢,接近壁面时速度梯度变化剧烈,到达壁面后动能全部转化为压能,压能达最大值。     

准直管磨料射流喷头内流的数值模拟

基于多相流动的拉格朗日离散相模型，应用FLUENT软件对准直管磨料射流准直管静止不动、入口带圆锥收敛段的直管磨料喷头内部等温、不可压缩、稳态、液固湍流进行了数值模拟.连续相采用三维不可压缩稳态雷诺时均N-S方程，湍流模型采用标准的k-ε模型，代数方程组采用分离解方法，通过SIMPLE算法求解压力速度耦合；离散相采用拉格朗日方法追踪颗粒运动轨迹；收敛残差为10^-4.研究表明，喷头混合室内存在2个环形回流区，室内连续相呈非轴对称流动.当准直管磨料射流用于切割工作时，磨料入口应略靠近混合室的出口侧；用于超细粉碎工作时，磨料入口应略靠近混合室入口侧.     

基于CFD-DEM耦合方法的矸石-粉煤灰充填料浆在竖直弯管中的磨损研究

为研究矸石-粉煤灰高浓度充填料浆在竖直弯管内固液两相流的流动状态及磨损特性，基于EDEM的CFD-DEM耦合方法，以水泥和水混合而成的料浆作为连续相，以矸石和粉煤灰作为离散相，通过引入Archard和Oka磨损模型，计算分析充填管道的磨损性能。研究表明：采用耦合方法能更精确地反映料浆的流态和轨迹，能更准确地反映颗粒与流体的相互作用；充填管道磨损的高危区主要分布在弯管区域；弯管的磨损率随着料浆的流速增加而提高；矸石颗粒粒径以及弯管曲率半径对磨损率的影响与矸石颗粒的受力状态有关。     

颗粒粒径对深海采矿矿浆泵性能的影响

为掌握矿浆泵内部颗粒的运动规律,考虑颗粒的体积效应和相内碰撞效应,应用CFD?DEM耦合算法,对扬矿模型泵内的粗颗粒?海水两相流实施了双向耦合非定常流动计算,分析了不同粒径的颗粒在矿浆泵内的空间分布和运动特征.研究结果表明:采用两相耦合的求解方式可以较好地模拟矿浆泵内的两相流场特性;流动域内颗粒浓度略高于管线平均值,叶...     

前混合磨料水射流喷丸强化技术的射流参数

基于对前混合磨料水射流喷丸强化技术的射流参数研究,对前混合磨料水射流的射流速度及射流冲击压力,进行了一定的分析和确定。实验结果表明,前混合喷丸技术提高了加工效率,降低了加工成本,环保节能。     

前混合式磨料水射流喷嘴外流场仿真与实验

通过建立磨料水射流喷嘴有限元模型,对2种不同直径的前混合式磨料水射流的喷嘴外流场进行仿真分析.结果表明,在喷嘴其它几何条件相同的情况下,出口直径对喷嘴的出口速度影响比较大,出口直径越大,出口速度越小;在一定程度上将混合管适当地加长,可以提高磨料射流在喷嘴出口处的速度;磨料水射流最佳的切割距离为喷嘴出口直径的2.0～5.0倍.磨料水射流切割靶体实验结果与靶体冲击仿真结果基本吻合.     

水泥气力均化库颗粒流动的数值模拟研究

利用Fluent软件,采用欧拉-欧拉模型分别对均化库内的气相流场速度、颗粒相流场速度进行了数值模拟,计算结果给出了均化库内气相和颗粒相运动涡旋回流效应,描述了颗粒随流体做回流宏观运动的特点,得到了均化库内气体流动状态、颗粒混合运动规律等多项参数,全面、直观地反应了气力均化库内的颗粒的流动状态,为分析气力均化库混合机理提供了有效的颗粒混合的流动规律,亦为均化库的实际操作参数的选取提供了重要的理论依据。     

微小颗粒对微孔滤膜污染吸附的数值模拟研究

为研究不同操作条件下乳化液中微小颗粒对微孔滤膜的污染吸附情况,建立了滤膜微孔结构三维模型,采用计算流体动力学的欧拉耦合模拟数值计算方法(CFD-DEM)模拟了微小颗粒在微孔滤膜上的吸附截留,探讨分析了表面能、膜孔尺寸和操作压力对吸附截留的影响。研究结果表明:影响微小颗粒吸附的因素主要是流体的运动速度,因为流体运动速度与流体对颗粒的曳力直接相关。流场内流体的速度同时受操作压力与微孔滤膜阻力的影响,操作压力越大,膜孔孔径越大时,微孔滤膜阻力越小,流速越高,油液对颗粒的曳力越大,颗粒沉积越难以形成,反之则颗粒更容易被截留。     

磨料水射流喷头内部流场仿真及聚焦管参数分析

利用fluent软件在稳态、湍流、两相流的条件下对后混合磨料水射流喷头内部流场进行了数值模拟,并对喷头主要几何参数进行了分析。研究表明,聚焦管入口收缩角α越小,越有利于流动,避免了磨料在聚焦管入口处聚集而产生堵塞。聚焦管出口直径越小,磨料出口速度越大,但聚焦管出口直径越小,混合腔内部形成的负压越小,不利于磨料的吸入。聚焦管出口直径应以水喷嘴直径3倍左右为宜。     

磨料水射流的切割机理

用磨料水射流对材料进行切割实质上是一个冲蚀作用过程。本文根据磨料颗粒对脆性材料的切割过程,研究了磨料水射流的切割机理,即对物体在磨料水射流冲蚀作用下表面所受的压力及分布、冲蚀破坏的方式及特点进行了探讨,并分析了磨料颗粒的密度、速度及尺寸对磨料水射流冲蚀能效的影响。     

基于CFD-DEM耦合方法的搅拌釜内固体颗粒分散过程数值模拟

使用计算流体力学与离散单元法(CFD-DEM)耦合方法分析立式搅拌釜溶液内颗粒团聚体的分散过程。搅拌釜釜壁挡板迎流面呈现上下分流的流场特征,且发生流场上下分流的位置为搅拌桨的安装位置。以轴向分区颗粒数量分布方差为指标定量地分析了颗粒在搅拌釜内分布的均匀性。结果表明:搅拌桨旋转造成的涡流是促使颗粒圆周均匀分布的动力,而釜壁挡板造成的轴向流动是促使颗粒轴向混合的主要原因。提高转速可以提高颗粒在溶液中混合的均匀性,但是当转速达到一定数值时,颗粒分散均匀性的提高效果减弱。     

磨料射流喷嘴外流场磨料速度模型及分析

喷嘴外流场磨料速度是建立磨料射流冲蚀深度模型的重要前提,以磨料射流喷嘴外流场磨料为研究对象,以固液两相流理论为基础,建立了磨料射流喷嘴外流场磨料速度模型,基于位移等分法和迭代算法求解了该速度模型,利用PIV实验进行验证,实测值与理论值的平均百分比误差在5%之内。并利用该速度模型得到了磨料射流喷嘴外流场磨料运动规律:(1)磨料颗粒流在喷嘴外流场的流动具有扩散性;(2)磨料颗粒沿射流轴向运动时,大多经历了一个先加速后减速的过程,只是加速距离有所差异;(3)初始段内相同轴向距离的射流横截面上,位于等速核区域内的磨料速度相同,随后磨料速度从等速核边界朝射流边界方向逐渐减小;初始段末端及基本段内相同轴向距离的射流横截面上,磨料速度沿射流径向的分布完全呈现出钟形速度分布。     

基于CFD-DEM方法的矿浆泵磨损特性研究

基于CFD-DEM耦合的方法,同时结合Archard磨损模型,对小流量矿浆泵在不同流量、不同颗粒粒径等工况下进行数值模拟,分析了泵内颗粒运动规律、颗粒在不同流域的分布情况以及颗粒与泵过流部件的碰撞规律,研究了矿浆泵内过流部件尤其是蜗壳的磨损特性。结果显示,蜗壳存在一定堵塞,蜗壳靠近隔舌段颗粒形成低速堵塞区,蜗壳的磨损主要集中在上半部分及隔舌附近的位置;随着流量增大,颗粒速度增大,颗粒与壁面碰撞时动能增大,矿浆泵体磨损情况增强;小粒径颗粒工况下磨损情况更严重。     

转载溜槽CFD-DEM模拟的参数和模型研究

基于欧拉-拉格朗日框架,采用开源软件OpenFOAM和LIGGGHTS对转载溜槽内气固两相流动进行了CFD-DEM耦合数值模拟,标定了恢复系数,并分析讨论了不同曳力模型对转载溜槽流场模拟的适应性。结果表明,对于大尺度矿物颗粒恢复系数为0.75得到的结果与实验值吻合较好。在3种常用的曳力模型中,Di Felice曳力模型对此类大尺度的转载溜槽具有较好的适应性。研究结果为在采用数值模拟方法进行大尺度颗粒转载溜槽粉尘问题的研究和设计中确定合适的恢复系数数值和选择曳力模型提供了参考。     

无动力抑尘转运站结构中的气固两相流分析

基于CFD-DEM耦合方法对新型无动力抑尘转运站中两相流运动进行数值模拟,以优化转运站系统的结构,提高系统的抑尘能力。得到转运站中煤粉颗粒及气体在任意时刻的运动特征:包括煤粉颗粒运动形态、气流速度云图、气体流动轨迹。计算结果表明:无动力抑尘转运站结构中能形成稳定的旋涡气流场,这能有效地将细小的燃煤粉尘颗粒束缚住,防止粉尘的四处逃逸;在布置了挡帘的结构中,一部分旋涡气体与挡帘作用后回流,回流气体能进一步减小气流的速度,且含尘气流有更多的时间与挡帘和物料接触,从而使粉尘进一步沉降。     

前混合磨料水射流喷丸强化技术

针对前混合磨料水射流喷丸强化技术的工作原理及其供料系统,比较出前混合磨料水射流与后混合磨料水射流喷丸技术之间的差异,从而确定了采用该技术的优越性。     

不同切割压力下后混合磨料射流切割深度和速度关系的实验研究

通过对后混合磨料射流产生过程的动力和能量分析,以及磨料水射流切割过程的能量转化分析。得出了后混合磨料射流切割过程中切割深度和速度的乘积与切割压力的关系。并通过对304不锈钢的切割实验验证了上述理论。同时通过实验确定了后混合磨料射流切割304不锈钢时切割深度和速度与切割压力的关系的定量关系,建立了切割压力、切割速度和切割深度的关系模型。     

基于 CFD-DEM 耦合的尾矿库溃坝数值模拟

流体在尾矿库溃坝的形成和发展过程中起到至关重要的作用,开展尾矿坝流固耦合研究对认识尾矿库 溃坝形成机理和演化规律具有重要意义。 选取某典型尾矿库溃坝工程实例,采用 CFD-DEM 流固耦合方法,先通过标 定试验确定数值模拟细观参数,再对尾矿库溃坝过程进行数值模拟,获得溃坝过程中坝体和尾矿砂的位移场和速度 场,并计算尾矿砂运移距离,计算结果与事故调查报告相吻合,证明 CFD-DEM 流固耦合方法在尾矿库溃坝数值模拟 的可行性。 数值模拟结果表明:溃坝形成初期,滑移面后方有一个受挤压的区域,滑移面进口端深且陡,出口端较为平 缓;尾矿坝溃坝后形成的堆积体呈两头密中间疏,在浆砌子坝前方形成明显的分割带。     

微磨料水射流对多晶硅切割的试验研究与模型分析

笔者根据材料冲蚀磨损原理,分析探讨了微磨料水射流切割多晶硅硅锭的机理。并运用后混合微磨料射流切割装置,对多晶硅硅锭进行了单因素切割试验,从而获得了切割性能曲线。研究结果表明,微磨料水射流对多晶硅的切割完全可行,射流压力和横移速度是重要的试验数据。通过对高压磨料水射流切割性能的预测和加工参数的优化,最终建立切割表面质量经验模型,根据模型分析得出射流压力、横移速度与切割质量之间的关系。