径向水平钻孔直旋混合射流钻头设计与破岩特性

为解决高压水射流径向水平钻孔时孔径和孔深相互矛盾的问题,设计了一种兼具直射流和旋转射流特点的直旋混合射流钻头。给出了射流钻头设计方法,通过破岩实验,分析了直旋混合射流钻头结构对其破岩特性的影响。结果表明,直旋混合射流结合了直射流和旋转射流优点,比锥形喷嘴圆直射流扩孔能力强,比纯旋转射流钻孔深度大。影响直旋混合射流钻头破岩效果的结构参数较多,存在最优破岩效果结构参数,可通过不同参数组合调节破岩钻孔特征。需要进一步开展流场结构与破岩机理分析,为径向水平钻孔中射流钻头的设计提供更好的指导。     

直旋混合射流钻头流场及关键参数研究

水力喷射径向钻井技术中核心部件为水射流钻头,对钻进效率和开采效果有着决定性影响,而直旋混合射流钻头兼具扩散角度大、轴线速度高的优势,满足水力喷射径向钻井的技术要求。为了得到直旋混合射流钻头最优结构参数,利用数值模拟方法,分析不同参数的钻头流场三维速度沿径向、轴向的分布规律,对比得到叶轮的最优参数:叶轮长度5 mm、叶轮槽个数6个、腔收缩角60°。最后通过钻头钻孔试验对不同叶轮槽数量的钻头钻孔性能进行分析,验证了仿真结果的正确性。     

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。     

多孔喷嘴破岩钻孔特性的实验研究

采用自行研制的实验装置研究了孔数和水力参数（冲蚀时间、喷嘴压降、喷距、围压）对多孔喷嘴破岩效果的影响规律。结果表明：喷嘴孔数越多,成孔形状越圆整;破岩效果随着射流压力的增大而呈线性增加;0围压条件下多孔喷嘴存在获得最大破岩体积和孔深的最优喷距约为5～6倍喷嘴当量直径。在围压条件下,多孔喷嘴破岩效果随着围压的增大而大幅下...     

喷嘴几何参数对旋转射流流场性能影响的模拟分析

论述了射流的进出口边界条件和初始条件相同的情况下,通过分别改变旋转喷嘴的加旋件的长度、螺距长度和头数,对旋转喷嘴内外部射流流场的影响进行了数值模拟和分析,且模拟结果与试验结果基本一致。     

喷射式浮选机射流搅拌装置流场分析及结构优化

以喷射式浮选机射流搅拌装置结构优化为目的,选用合理的CFD数值模拟计算方案,综合考查引射性能和流场特性两个指标,对面积比、喉嘴距、喉管长度、引射管布置方式和位置进行优化计算;设计了长喉管、短喉管、导流叶片喷嘴和无导流叶片喷嘴共4组不同结构参数的射流搅拌装置试验,考查并验证了喉管长度和喷嘴内导流叶片对引射能力的影响;采用激光粒子测速仪测试了喷嘴内导流叶片对射流流束形态演变的影响。结果表明:面积比a=1.96～3.24,喉嘴距L_e=0.2D_h～0.6D_h(D_h为喉管直径)、引射管采用双侧对称布置、喷嘴内设置导流叶片及喉管长度在6D_z～12D_z(D_z为喷嘴直径),射流装置的混合效率最理想,引射管布置位置对混合效率影响较小;喷射室压力在0.145～0.160 MPa时,喷嘴内设置导流叶片,长、短喉管吸气能力平均至少提高30.73%和33.94%,引射管全开时长喉管较短喉管的吸气能力高出15%以上。结构参数对流场的影响表现在,面积比增大及引射管靠近喷嘴出口布置,喉管内射流流束的中心速度衰减越快,喉嘴距变化对中心速度的衰减影响较小;喉管长度≤6D_z时,流束中心的流核一直持续到喉管出口,引射流体和工作流体在喉管内动、质量交换不完全;喷嘴内设置导流叶片,有利于流束中心的流核区减小,原因是流束以旋转射流的形式从喷嘴喷出,形成了更有利于工作流体与引射流体动、质量交换的湍流流场;基于理想的引射性能和流场特性,面积比a=3.24、喉嘴距L_e=0.6D_h、引射管采用双侧对称且正对流核区域布置方式、喷嘴内设置导流叶片及喉管长度在6D_z～12D_z为射流搅拌装置的最优结构参数。     

加旋元件参数对锥形磨料射流钻孔性能影响的试验研究

介绍了采用非标准螺旋形加旋元件形成的锥形磨料射流,利用建立的锥形磨料射流试验系统进行了钻孔试验,由于加旋元件是锥形磨料射流的技术关键,因此钻孔试验重点考察了加旋元件的流槽头数、导程及中心孔对钻孔性能的影响。结果表明,为达到较理想的钻孔效果,流槽头数取双头为宜、合适的导程一般在16～20 mm 及中心孔直径要大于3 mm,但应小于5 mm。     

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。     

前混合磨料射流系统的流动特性研究

对前混合磨料射流系统正常工作过程中的影响因素及影响规律进行了分析 ,提出了主要参数选择的基本原则。针对停泵之后磨料罐中的残余磨料容易涌入管路 ,因而对相关影响因素进行了分析 ,并提出了初步的解决方案。     

冲击器射流元件内部流场CFD模拟仿真分析

利用CFD数值模拟手段,对射流元件内部流场进行模拟,并对数据进行分析研究,得出结论为:在空载作用下,元件在一侧出流。赋予不同的主喷嘴流量,元件的属性各参量变化不大,可见,元件结构既定,元件射流附壁属性基本确定。该模拟仿真分析丰富了射流元件内部流动的理论研究,完善了参数设计,这对射流式冲击器的设计理念和理论研究有很好的指导意义。     

自由淹没气体旋转射流压力场实验和数值模拟

为研究自由淹没气体旋转射流压力场规律,对除尘、空调工程以及煤矿瓦斯驱散设计提供依据,用五孔探针和Fluent软件对自行设计的旋流器流场进行定量实验和模拟研究。实验测量4种不同旋流强度下的流场,计算得到不同截面上无因次压力分布。实验表明,旋流器出口附近,总压在垂直射流轴线的截面上呈“M”分布,依次发展成“马鞍”状和正态分布,直至衰减到大气压。静压呈“V”形分布,中心存在小于大气压的负压区,且旋流强度越大射流中心静压越低。数值模拟表明,在出口较近区域总压呈“n”形分布,随着轴向距离增大,总压衰减为正态分布,直至衰减到大气压。