钢粒子水射流联合破岩试验研究

在自制的截割试验台进行钢粒子水射流联合破岩的试验研究,对截齿破岩冲蚀体积测量,通过截割测试系统对截齿截割力实时监测。试验结果表明:在同一条件下,钢粒子水射流联合破岩效果明显优于纯水射流辅助破岩;钢粒子水射流联合破岩的实际最优粒径为0.5～1.5mm;钢粒子水射流联合截割时截割力的平均值、最大—平均值以及最大值都比纯水射流辅助截割时要小得多,且所受截割力的波动性也很小。     

钴结壳水射流切削系统参数设计

为了避免刀具切削钴结壳时产生冲击载荷,提出了深海钴结壳水射流切削方法。采用仿真计算和实验测试研究了水射流系统参数与其切削性能的作用规律。仿真结果表明:水射流系统的工作压力、喷距和喷射角度是决定水射流切削能力的主要参数;其重要程度依次为工作压力、喷距和喷射角度;提高水射流系统工作压力是提高射流切削能力最有效的方法;在射流工作压力一定的情况下,为了提高射流的切削能力,射流的喷距宜小于4 mm(4倍喷嘴直径)内,射流的喷射角度约为13°。实验结果表明:提高射流的工作压力可以显著提高射流的切削能力,减小射流的喷距有助于提高射流的切削能力,射流的最优喷射角度约为13°。     

新型旋转磨料水射流截齿的设计与仿真

掘进机截割硬岩时,截齿存在截割力大、磨损严重、温度高等问题,提出一种新型旋转磨料水射流截齿,喷嘴和截齿为一体式结构,射流靶距较小,能够更好地发挥水射流的破碎作用,且该喷嘴采用轴向和切向分别入流的方式,解决了旋转射流存在的中心低速低压区、磨料射流混合效果不好的问题,提高了破岩效率。利用Fluent对喷嘴内外部流场进行数值模拟,验证了新型喷嘴的可行性,可以通过调整轴向和切向入流比例以适应不同的工况条件。     

硬岩掘进机高压水耦合破岩影响因素实验研究

硬岩掘进机(TBM)在硬岩甚至超硬岩段掘进时,采用高压水射流辅助破岩成为一种有效提高破岩效率的新的研究方向。由于高压水射流破岩受诸多因素影响,作用规律复杂,其破岩机理一直未能被准确揭示。主要利用正交实验方法研究水射流压力、喷嘴直径、喷嘴移动速度对破岩沟槽深度与沟槽宽度的影响,同时结合刀盘贯入度优化水射流压力、喷嘴直径、移动速度等关键参数,探索高压水射流与岩石耦合破岩规律,为进一步揭示破岩机理提供依据。     

磨料水射流切断面的温度特征试验研究

为了探究高压水射流技术的低温特性,获得高压水射流技术的温升规律,采用单因素的方法进行了一系列高压磨料水射流切割实验,研究了磨料水射流加工过程中的最高温度随靶距和喷嘴移动速度的变化及规律。实验过程中保持压力不变,只改变靶距和喷嘴移动速度,并使用热成像仪对实验过程中的温度进行实时监测。实验结果表明：磨料水射流在加工铝合金时,切断面最高温度会分别随着靶距和喷嘴移动速度增加而增加,并且当靶距和喷嘴移动速度超过一定值时,其最高温度保持在60℃左右。     

热射流融除冰装置的设计与试验研究

快速、经济地清除机场跑道、城市道路、桥面的积冰积雪是冰雪气候条件下保障交通畅通与行车安全的一个重要课题。在分析研究现有除冰方法不足的基础上,提出了热力水射流方法。文章设计了热力水射流融冰装置,并对射流压力、喷嘴孔径、靶距、射流喷嘴入射角等与除冰效果有关系的因素进行了理论研究与试验分析。经过相关的试验研究表明：装置可以有效地实施除冰作业,满足设计要求,可为后续学者开展相关研究提供有力参考。     

水力喷射径向水平井射流钻头优选试验研究

射流钻头的破岩性能对井眼深度和大小有重要影响。本文对径向水平井常用的2种射流钻头——多孔喷嘴和混合射流喷嘴采用室内试验的方法对它们的破岩规律和破岩性能进行了分析和对比。结果表明,冲击时间、喷嘴压降、喷距和围压对2种喷嘴破碎效果的规律基本相同,混合射流喷嘴的最优喷距不明显,多孔喷嘴的最优喷距为5～6倍喷嘴当量直径,多孔喷嘴的破岩性能要优于混合射流喷嘴,同时混合射流喷嘴在破碎孔径大小方面优于多孔喷嘴。本文可以为水力喷射径向水平井射流钻头的选择提供试验依据。     

直旋混合射流破岩钻孔参数试验研究

直旋混合射流是由通过喷嘴叶轮中心孔的直射流和叶轮加旋槽产生的旋转射流经混合段混合而成的一种新型高效射流,它综合了旋转射流破岩面积大和直射流破岩深度大的优点.试验研究了叶轮中心孔直径、混合段长度、扩展腔扩展角、喷距和压力等5个主要参数对直旋混合射流破岩效果的影响规律.结果表明,叶轮中心孔直径为2mm、混合段长度为8mm、扩展腔扩展角为60°的喷嘴产生的射流具有较强的破岩能力;试验条件下,直旋混合射流破岩最优喷距约为喷嘴出口直径的6倍;增大射流压力可以大幅提高直旋混合射流的破岩体积.     

TBM正滚刀回转切削仿真分析

针对全断面硬岩掘进机(TBM)滚刀回转切削问题,以正滚刀为例,通过有限元分析软件ABAQUS,建立了一系列滚刀破岩模型,探究不同刀间距、不同切削角度对滚刀破岩效果的影响。仿真结果表明,对于17in滚刀,安装位置不同,其岩石破碎量破岩效果会不同;在一定的模拟条件下,双滚刀同时回转切削的最优刀间距为120mm左右。其他条件不变,采用不同顺次切削角度破岩时,120°左右切削效果最好。研究成果对于理解滚刀回转切削特性,优化滚刀在刀盘上的布置具有一定的参考价值。     

水射流冲击力的影响因素仿真分析

在不破坏低刚度工件材料的前提条件下,该文研究了射流压力、靶距及喷嘴出口直径对水射流冲击力的影响。结果表明:其他相关因素确定时,射流冲击力随着射流压力的增加而增大;随着靶距的增大先增大后减小;其比值约为喷嘴出口直径的平方比。     

基于回归分析的磨料水射流加工深度预测研究

为精确控制磨料水射流加工深度,需要深入研究磨料水射流加工参数对加工深度的影响。以喷嘴移动速度v、射流压力p和靶距S为影响因素,加工深度h为试验指标,进行磨料水射流加工深度正交试验,得到三种因素影响主次顺序为喷嘴移动速度v、射流压力p、靶距S。结合回归分析理论,建立磨料水射流加工深度预测模型,并通过实验进行验证。研究结果显示,基于正交试验的回归分析预测模型平均预测误差为5.17%,具有很高的可靠性。     

超高压磨料射流切割喷嘴装置研制及其应用

通过对水射流中磨粒粒子运动形式的分析,认为结构设计参数主要是磨料射流内部靶距和磨料混合管长度,试验结果表明内部靶距为12mm,混合管长度为50mm切割效果较好,据此设计并研制磨粉射流切割喷嘴装置.并验证了设计的合理性.     

淬硬钢干式静电冷却切削机理及试验研究

干式静电冷却(Dry electrostatic cooling,DESC)是使用离子化空气流作为润滑冷却介质的绿色加工方法.离子化空气流中的活性带电离子和臭氧分子在切削区会发生复杂的物理、化学作用,是DESC产生润滑、冷却效果的主要原因.借助自行研制的离子发生器和离子浓度监测装置,针对DESC中各放电参数对离子输运效率和臭氧浓度的影响规律进行试验研究,证明放电功率越大,供气气压越高,距离喷嘴出口越近,针极尖端离出口距离越小,喷嘴出口直径越大,离子输运效率就越高;正对并且尽量接近喷嘴出口,出口直径3～4 mm,气压0.2～0.3 MPa,针极尖端与喷嘴出口间距离rn=0 mm时可以得到较高的臭氧浓度.使用优选的放电参数对GCr15进行切削试验,证明DESC可使切削力降低7.3％～25.4％,刀具磨损可减少55％,刀具寿命达到干切削的1.5～3.0倍,并且切削速度和切削温度越高,DESC的效果越显著.     

水力与机械联合清洗管道技术研究

为有效解决高结垢硬度管道清洗难题,重点针对水力与机械联合清洗管道技术,利用自主研制的超高压射流破岩装置,研究了压力、喷射角度、靶距等主要参数对射流破岩效果的影响规律;基于水力与机械联合清洗管道技术原理,设计了水力与机械联合清洗管道装置;研制出了专用的旋转式高压喷头,进行了参数优化设计,并完成了水力与机械联合清洗管道现场试验。结果表明,自主研制的水力与机械联合清洗管道装置可有效清洗管道内壁结垢物,清洗后管道内壁洁净。该技术为解决管壁高结垢硬度清理难题提供了可靠借鉴。     

超高压磨料射流切割喷嘴装置研制及其应用

通过对水射流中磨料粒子运动形式的分析，认为结构设计参数主要是磨料射流内部靶距和磨料混合管长度，试验结果表明内部靶距为１２ｍｍ，混合管长度为５０ｍｍ切割效果较好，据此设计并研制磨料射流切割喷嘴装置，并验证了设计的合理性。     

空化水喷丸中空泡云动态演变及靶距优化研究

空化水喷丸是利用空化水射流中空泡云溃灭的能量冲击金属零件表面,使其表面产生强化效果的一种新工艺,但目前靶距选择缺少依据。利用高速相机开展了空化水射流试验,采用帧间差分法(Frame-difference method,FDM)分析了空泡云动态演变规律,得出空泡集中溃灭范围。同时,以2A12铝合金为例,基于不同直径d的喷嘴,进行空化水喷丸验证试验,研究了不同靶距对材料表面性能的作用规律。结果表明,空泡云具有明显的初生-发展-脱落-溃灭的周期性,空泡集中溃灭范围为60d～75d;空化水喷丸的最佳靶距为60d～67.5d,但当d=1.8mm、靶距为120mm时产生过喷现象;提出了根据靶距空化水射流可分为液滴作用区、混合作用区和空化作用区。     

基于FLUENT的高压水射流除锈的流场仿真及射流参数优化

利用高压水射流船舶除锈取代目前的人工打砂除锈势在必行。介绍了水射流的基本结构并根据高压纯水射流除锈的工况,利用计算流体动力学（CFD）方法对高压水射流进行了模拟仿真。通过仿真介绍了流场中高压水射流的特性以及靶面的受力情况。最后,为了达到良好的除锈效果,对高压水射流的靶距和入射角度进行优化,得出在指定条件下最优靶距应为15 ~20 mm,最优入射角度（射流与靶面法线的夹角）应为30°。     

高压气体微孔射流对堆积粉料的破散性试验研究

针对堆积粉料的破散性问题,在设计和构建高压气体射流冲击试验装置的基础上,开展了射流形态、射流喷距和射流冲击实验,探讨了射流压强、喷距、时间、喷嘴形式及喷嘴个数对堆积粉料的破散效果。试验结果表明,当微孔喷嘴直径为0.5 mm时,相同条件下9孔喷嘴的冲击坑体积约为单孔喷嘴的5倍、穿透深度约为单孔的1.5倍。在综合考虑冲击性能、经济成本等因素时,对于孔径为0.5 mm的单孔喷嘴,其最佳工艺参数为喷距20 mm、压强0.5 MPa;最后采用Fluent模拟了单孔喷嘴的冲击过程,得到的仿真结果与实验结果两者之间非常吻合。     

高压水射流喷嘴特性研究

文章对高压射流状态下的喷嘴特性进行了研究，指出了其压力-流量分布规律，总结出推导公式，从而为高压喷嘴的设计工作提供参考依据。该项研究可应用于各个高压小流量射流领域，包括金属切削射流、油管高压清洗、高压水射流破岩等，具有一定的实用价值。     

高压水射流切割粘釜物的实验分析

为研究不同高压射流参数作用下粘釜物的切割清除效果,开展了粘釜物的高压水射流切割清除实验研究。实验以切割深度及切割宽度为衡量目标,研究了入射角、靶距、横移速度和出口压力4个射流参数对切割清除效果的影响,通过正交实验实现了射流参数的优化。结果表明:切割深度和宽度均随出口压力增加而增大,随横移速度增加而减小;而靶距接近初始段长度,入射角度为30°时切割深度及宽度达到最大值;正交实验表明,射流参数对切割深度的影响效果顺序依次为横移速度、入射角、出口压力、靶距;当前工况的最佳射流参数组合为:横移速度7.5 mm/s,入射角30°,出口压力值120 MPa,靶距15 mm。研究结果为工业现场清釜作业提供了实验依据及技术支持。