基于VB优化设计针型喷嘴结构参数——入口角

高压水射流的参数包括压力和流量、高压胶管的管径与长度、喷嘴的形状和尺寸以及横移速度、靶距和射流冲击角等，合理选择这些参数以及优化它们的组合是提高水射流效率、降低能耗的重要手段之一。而高压水射流成套设备以喷嘴为中心，因为喷嘴是形成水射流工况的直接元件，它所造成的结果直接影响到系统的各个部分。研究出性能良好、材料适宜又与主机匹配的喷嘴，将极大地提高射流效率。     

不同收缩角对喷嘴性能影响的数值模拟

为了研究喷嘴收缩角对高压水射流流场的的动态特性参数的影响，建立湍流模型，根据流体轴对称方程，采用有限元非结构三角形网格局部加密的方式，对不同收缩角的喷嘴进行了翔实的数值模拟、从而得出喷嘴收缩角对射流的流场结构参数有较大的影响，分析结果对高压射流清洗喷嘴的优化选择，进一步提高高压水射流清洗的效率具有重要意义。     

径向水平钻孔直旋混合射流喷嘴流场特性分析

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喷嘴。运用数值模拟方法,采用RNGk-ε湍流模型对所设计喷嘴的内外流场进行了三维流动特性分析,运用高速摄影对射流结构和破岩特征进行了对比。结果表明,直旋混合射流喷嘴所形成的射流具有直射流和旋转射流特征,比锥形直射流喷嘴扩孔能力强、比旋转射流喷嘴钻孔深度大。直旋混合射流的轴向速度与直射流相比不存在等速核,与旋转射流相比轴心速度高,能够形成一定的钻孔深度,不会形成孔底锥起;切向速度沿喷嘴径向呈现“M”型分布,能形成较大的孔径;径向速度呈轴对称分布,存在明显的漫流层,有助于岩屑的脱离。流场特性模拟结果与实际破岩钻孔特征基本一致。     

高压水射流喷嘴设计仿真研究

从高压水射流机理和喷嘴结构参数着手,设计多种不同形状的喷嘴流道线型,应用GAMBIET前处理软件建立各自的物理模型,导入FLUENT软件对水射流结构进行流体分析,得出有过渡圆角、锥形角和直线形流道的喷嘴结构特性最佳。通过模拟对破煤效果参数量化,进一步研究结构的不同对破煤加工的影响,合理的喷嘴结构为高压水射流破煤提供有利条件。     

高压水射流喷嘴不同轮廓曲线的设计优化

针对锥直形喷嘴效率低的问题,设计并仿真了4种不同形状的流线形喷嘴。应用AutoCAD和CFD ICEM等前处理软件建立各自的物理模型及网格划分,使用FLUENT软件对水射流喷嘴进行内流场的数值模拟分析。结果表明:高斯形喷嘴具有水流速度高、压力低和紊流能量小的特点。高斯形喷嘴更适合用于高压水射流超细粉碎。     

不同喷嘴结构下水射流流场及破岩特征数值模拟

为了获取高压水射流流场结构参数,优化喷嘴结构以及研究岩石破坏特征,采用了CFD方法对高压纯水射流流场结构、射流核心区长度以及速度分布进行研究,并采用ALE方法研究了高压水射流破岩特征。研究结果具有一定的参考价值。     

超高压磨料水射流工艺参数优化实验研究

为了提升磨料射流的切割效率，通过研制的超高压磨料水射流切割系统开展了不同工艺参数对石灰岩的切割效果研究。结果表明：随着水射流压力的增加，切割深度首先表现为线性增大，然后增速逐渐放缓；最佳磨料流量参数为0.6 kg/min；最佳初始射流靶距为5 mm；磨料射流的切割深度随喷嘴横移速度呈下降趋势；随着射流切割角度的增加，切割深度呈现出“M”型变化趋势，在80°时切割深度达到最大值；基于正交试验进行极差分析，明确工艺参数对切割深度的影响权重由大到小依次为水射流压力、喷嘴横移速度、磨料流量、喷嘴切割角度和射流靶距，得出最佳的切割参数组合为水射流压力400 MPa，磨料流量0.8 kg/min，喷嘴横移速度1 mm/s，射流靶距6 mm，射流切割角度80°。     

矿石喷射喷嘴的数值模拟研究

喷嘴是矿石拣选喷射分离系统关键构件之一,对矿石的喷射分离效果有重要影响。本文对锥形和锥直形喷嘴建模和数值模拟,结果表明二者喷射范围区别不大,但锥形喷嘴喷射流场速度高于锥直型喷嘴,显示锥形喷嘴对矿石喷射更有优势,通过喷射实验也验证了锥形喷嘴的喷射效果优于锥直形喷嘴。进一步地,对锥形喷嘴的出口半径、收缩角进行了数值模拟,结果表明随着锥形喷嘴出口半径的增大,喷射流场最高速度会降低,但速度衰减减缓,喷射范围变大;收缩角的增大,将导致喷射流场速度降低。     

高压水射流煤层割缝深度数值模拟与实验研究

高压水射流割缝技术是提高低透气性煤层瓦斯抽采效率的有效措施之一，确定割缝深度是优化钻孔布置和射流参数的基础。基于Fluent软件数值模拟分析了入口压力、靶距、旋转速度对水射流流场特征的影响规律；基于高压水射流破煤实验系统，开展了淹没和非淹没条件下冲击破煤实验，并进行了现场实验。研究表明，喷嘴结构一定时，水射流速度随着入口压力的增大而增加，冲击压力随冲击距离增大而发生衰减；水射流发展过程中截面积逐渐增大，导致冲击压力集中区域的范围随靶距的增大而逐渐扩展；射流旋转会导致旋转方向一侧的应力大于另一侧，靶体表面最大切应力随旋转速度增加而增大；随着入口压力和冲蚀时间的增加，水射流对试样的冲蚀深度增大，但冲蚀深度随冲蚀时间的增加存在阈值。根据高压水射流破煤深度实验结果可知，喷嘴直径为1 mm、压力为30 MPa时，水射流割缝直径可以达到1.2 m。工程应用表明，割缝钻孔平均瓦斯抽采流量为普通钻孔的1.56～2.52倍；抽采16 d后，瓦斯抽采浓度维持在30%以上。     

矿石喷射喷嘴结构对射流流场的影响的研究

喷嘴是矿石拣选喷射分离系统关键构件之一,对矿石的喷射分离效果有重要影响。对锥形和锥直形喷嘴进行建模和数值模拟。结果表明,二者喷射范围差异较小,但锥形喷嘴喷射流场速度高于锥直型喷嘴,可以推断锥形喷嘴对矿石喷射更有优势,能够获得更大的喷射分离距离。通过喷射试验也验证了锥形喷嘴的喷射效果优于锥直形喷嘴这一结论。进一步地对锥形喷嘴的出口半径、收缩角进行了数值模拟。结果表明随着锥形喷嘴出口半径的增大,喷射流场最高速度会降低,但速度衰减减缓,喷射范围变大;收缩角的增大,喷射流场速度降低。     

煤岩水力割缝机截割喷嘴特性研究

为了提高煤层的瓦斯抽放效率,利用高压水射流对煤层进行预割缝,而喷嘴是高压水射流系统的执行元件,因此对截割喷嘴进行特性分析;先确定计算区域,建立模型,网格划分并导入FLUENT中,对喷嘴的不同收缩角和直径进行仿真模拟。通过仿真模拟和分析计算,拟合出了速度、压力和喷嘴几何参数的表达式,可以为高压水射流系统设计、喷嘴设计、压力泵的选型提供重要的理论依据。     

单一低渗透突出煤层水力冲孔工艺优化应用分析

为了有效提高单一低渗透突出煤层的瓦斯抽采效率，以高压水射流冲击理论为指导，针对平煤股份八矿己组突出煤层特征建立数值模型，模拟分析水力冲孔应力分布规律，通过现场实测分析冲孔有效影响范围，进一步优化设计冲孔参数、指导现场施工。现场应用表明，水力冲孔是一种行之有效的方法，对单一低渗透突出煤层实施水力冲孔卸压增透、提高瓦斯抽采效果具有重要意义。     

深部煤矿井巷工程大型物理模拟试验系统研制

介绍了一种圆柱形卧式深部井巷工程大型物理模拟试验系统。该试验系统由围岩压力施加与保持装置、液压加载与控制系统、试验数据采集系统3大部分构成。装置外径1 860 mm，长6 200 mm，采用60只径向油缸和4只轴向油缸伺服加载，最大加载能力10 MPa。采用有限元软件对装置强度进行了校核，结果显示系统整体结构安全。利用试验系统成功开展了深井煤矿巷道锚杆支护试验研究，巷道围岩位移及应力与现场实测一致，验证了该试验装置各项功能和指标，为深部煤矿巷道支护提供了一种先进的物理模拟试验手段。     

高压水射流技术在煤层气开发中的应用研究现状及发展趋势

高压水射流技术是近几十年来发展起来的一项油气采掘增产技术,该技术在煤层气开发增产中具有诸多优势,但由于还并未形成一套完善的技术理论体系,该技术没有得到大面积推广。通过收集水射流技术相关资料,介绍了目前高压水射流破煤机理、喷嘴几何参数、磨料水射流、辅助破煤的研究进展,并对现有研究的不足以及今后的发展趋势进行了阐述。     

煤层气井造穴射流破岩试验研究

通过水射流造穴进行洞穴完井是煤层气井重要的完井方式。为了优选造穴射流工具的喷嘴,提高射流造穴直径和效率,通过制备相似煤岩试样,采用室内试验的方法,进行了连续射流和空化射流的破岩效果试验,并在现场造穴施工中进行了应用。结果表明:自由射流条件下,连续射流在喷距为200 mm时破岩效果最好,空化射流在喷距为300 mm时破岩效果最好。淹没射流条件下,连续射流未能冲蚀煤岩试样;空化射流的冲蚀直径则呈先增加后减小并趋于稳定的状态,在淹没深度为200 mm时冲蚀直径达到最大,冲蚀深度随着淹没深度的增加而增加,在淹没深度为300 mm以后,冲蚀深度趋于稳定缓慢减小。研究结果为造穴射流工具的喷嘴选型及结构优化设计提供了依据。     

用于综掘机内喷泡沫的水射流吸液装置研究

综掘机内喷管路弯曲细小,泡沫输送过程中阻力较大,传统的定量泵添加装置无法在煤矿井下环境使用,文丘里添加装置阻力损失大,出口压力较小,无法满足泡沫输送的动力需求。因此研究高出口压力水射流吸液装置具有重要意义。借鉴液体射流泵的原理,利用水射流形成的负压添加发泡剂,对水射流发泡剂添加装置不同结构尺寸下的吸液特性进行了研究。通过数值模拟进行结构参数的初步设计,探明其对流场特性及压力损失的影响规律;实验室实验验证模拟结果的可靠性。结果表明,在现场条件下,喷嘴孔径为3 mm,喷嘴出口与喉管入口距离为2.5 mm,喉管直径为5 mm,喉管长度为30 mm时,吸液效果最佳,压力损失最低,装置稳定性最高,能够满足高输送阻力下的发泡剂稳定添加。     

工作面推进速率对矿压显现规律影响研究

为了研究工作面推进速率对矿压显现规律的影响，分析了工作面推进速率影响因素，利用层次分析法研究了工作面推进速率的影响因素，研究得出:顶板活动、矿山压力显现、刮板输送机性能、采煤机性能、瓦斯排放、自燃发火的影响权重值为0.242 9，0.264 6，0.104 1，0.104 1，0.174 1，0.110 2；矿山压力显现对工作面影响最大；采用FLAC^3D数值模拟软件，研究了在不同工作面推进速率下围岩塑性区、应力场和位移场的分布，得出:随着工作面推进速率的增加，煤壁前方发生剪切破坏和拉伸破坏范围逐渐降低、工作面超前支撑压力逐渐靠近煤壁，并且峰值逐渐增大，应力系数也逐渐增大、煤壁破坏程度减少，致使煤壁的水平位移量减小。     

煤层气井射流冲煤粉装置冲击深度的研究

为确定煤层气井射流冲煤粉装置合理的结构和工作参数,实现射流冲煤粉系统的优化设计和有效运行,理论分析了冲煤粉装置工作原理和煤粉颗粒运动过程,整个井底冲煤粉射流场可分为:自由射流区、射流冲击区、漫流区、返流区、旋涡区和负压吸附区6个区域,决定煤粉是旋转上升的复杂运动状态。开展均匀设计方法的冲煤粉实验,运用二次多项式逐步回归法得出回归方程,揭示喷嘴结构参数、射流参数和煤粉特性对冲煤粉深度的互相耦合的影响关系。结果表明,对冲煤粉的深度影响程度的大小依次为:喷距、喷嘴直径、喷嘴流量和煤粉直径。进一步的单因素试验详细了解各影响因素对冲煤粉深度的影响,得出在要求不动管柱时冲煤粉深度达到500 mm的条件下,喷嘴流量不能低于15 m3/h,喷距应小于100 mm。     

喷枪阳极结构对等离子射流及粒子行为的影响

喷枪阳极是等离子喷涂系统中的关键部件之一,其通过电弧的运动行为直接影响等离子射流流动及粒子的加热加速历程,最终决定了涂层的综合性能.为了深入理解大气条件下锥形Laval和标准圆柱形阳极喷嘴制备涂层性能之间存在较大差异的原因,在前期制备涂层工作的基础上继续开展相关的数值模拟工作.基于计算流体动力学理论针对等离子喷涂过程建立包括喷枪内外区域的数学物理模型,系统探究两种阳极产生等离子电弧、射流特征及喷涂粒子的飞行行为.结果表明:在相同的喷涂条件下,锥形Laval阳极内产生的等离子电弧电压低、消耗电功率小,大电流密度区和等离子速度明显较标准圆柱形阳极的小;在喷嘴出口处,标准圆柱形阳极具有更高的等离子射流温度和速度,但锥形Laval阳极的等离子射流在喷枪外具有较小的衰减速率和较大的空间尺寸;在相同喷距位置,锥形Laval阳极的喷涂粒子速度要比标准圆柱形的小得多,但相应的升温和降温速率却更大,熔化也更充分.因此,标准圆柱形阳极适合制备致密且结合强度高的涂层,而锥形Laval阳极则更适合用于制备高沉积效率的多孔涂层.