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。     

煤层水力割缝喷嘴特性的数值研究

针对圆锥收缩型喷嘴内的液固两相流动,采用标准k-ε湍流模型和分散颗粒群模型对喷嘴内的流场进行三维数值模拟。分析了喷嘴内液固两相的加速过程,并研究了出口直径为1.6 mm的喷嘴结构参数（圆柱段长度、收缩角）对磨料加速效果的影响。计算结果表明：圆锥收缩段与圆柱段交界处附近沿轴线方向的压力梯度可高达1 GPa/m,是高压流体和固体颗粒加速的重要区域;为了使磨料颗粒获得较好的加速,圆柱段长度应不小于8.75倍喷嘴出口直径,收缩角应取10°左右。     

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。     

前混合水射流临界喷丸压力的研究

运用动量定理和Hertz弹性接触理论建立了射流弹丸冲击作用靶面上的压力分布模型;应用弹性力学的空间轴对称问题解答,分析给出了载荷作用下靶体对称轴上的应力分布;根据Mises屈服条件,提出了计算临界喷丸速度公式;以出口带圆柱段的圆锥收敛型喷嘴为例,应用Fluent软件和Matlab软件,分析建立了喷嘴出口轴线上弹丸速度与喷丸压力的关系式.选用45钢为靶体材料,在给定的喷丸条件下计算了45钢临界喷丸压力值;采用前混合水射流对45钢作临界喷丸压力试验,并用X射线应力分析仪测定试样表面的残余应力.结果表明,临界喷丸压力的理论计算值和试验数据近似吻合.     

喷射混凝土螺旋喷头形状与外流场仿真试验研究

为了探究喷射混凝土喷头几何结构对其内流场与外流场的影响，应用ANSYS Fluent仿真软件，以聚料段直径、聚料段长度、变径段长度为自变量，对一种螺旋喷头内各相进行数值模拟分析。结果表明，螺旋喷头高压水入口处水流分成两部分，一部分与潮料混合并增加流体流速，另一部分沿管壁流动冲刷管壁以减少堵管情况的发生；随着喷头聚料段直径的增大，集料的出口速度与聚料段直径呈线性负相关，集料出口速度逐渐减小，重力对集料流场的影响程度变大，外流场中集料流场从核心区到集料流场边缘的速度梯度趋于平缓，轴线上集料的速度衰减程度趋于平缓；在喷头聚料段直径不变的情况下，随着聚料段长度增加，外流场中心区料浆浓度呈上升趋势，当喷头聚料段长度为40 mm、100 mm和150 mm时，喷头出口处速度均匀程度差异不明显，但较聚料段长度为0时的出口速度更均匀；增加喷头变径段长度可以获得更大的出口速度，使集料流场更加集中，实现更好的聚料效果，同时，集料外流场的轴线速度衰减随着变径段的增加而变大。     

水力冲孔喷嘴流场的数值模拟分析

用Fluent软件对喷嘴的各个结构参数对射流流场的影响进行了数值模拟,模拟发现:在圆锥段收缩角为13°左右、喷嘴出口圆柱段的长径比为3左右时,射流核心段上的速度最大。数值模拟结果与理论结果完全一致。     

基于CFD的纵向旋流喷嘴参数优化

为解决矿用旋流喷嘴耗水量大、雾化效果差的问题,提出影响喷雾效果的相关参数:旋流芯螺旋角度、喷嘴收缩段与旋流段长度比;运用CFD流体力学和VOF多相流理论对喷嘴内部流场进行数值模拟分析。仿真结果表明:旋流芯螺旋角对喷嘴出口速度和湍流动能影响较大,根据需要适当增大螺旋角有利于提高雾化效果,进口压力相同时螺旋角为40°的喷嘴出口速度增幅最明显;合理选择收缩段与旋流段长度比可有效提高喷嘴雾化能力,两者长度相等时出口水平中心速度峰值位于轴心,水流出射均匀、喷雾效果较好。     

不同结构喷嘴内外流场的数值模拟分析

选择矿井喷雾除尘常用的锥直型喷嘴和离心式喷嘴,利用FLUENT软件,基于VOF方法对不同结构的喷嘴以及喷嘴在不同进口压力下喷雾的内外流场进行数值模拟。模拟结果显示,锥直型喷嘴的出口速度大,离心式喷嘴的覆盖范围广;对于锥直型喷嘴,不同长径比下喷嘴处形成的负压区不同;同一种喷嘴的进口压力越大,其喷雾的出口速度越大,雾化效果越好,而进口压力对喷嘴附近的压力及雾化锥角影响较小。     

负压除尘器内旋子式喷嘴流场特性分析

为了研究喷嘴结构与流场特性的关系,运用数值模拟方法,建立喷嘴内外流场的物理模型和数学模型,应用Fluent分析软件对喷嘴进行数值仿真模拟,得到喷嘴内外气液两相流分布情况及其压力特性和速度特性。结果表明:螺旋槽水流到达混合室时,几股水流相互混合、碰撞,加剧了水流的雾化;在水流道截面骤减的部分,压力损失严重,压力能大部分转化为水流的动能;水流的轴向速度在出口段呈现出"M"形分布,即在中心区出现空气灌入的现象;水流的切向速度呈现出"N"形分布,并具有明显的"势涡"和"涡核"现象。     

基于Fluent的高压水射流喷嘴优化模拟研究

为了提高高压水射流技术的破煤效率,采用Fluent软件对高压水射流的喷嘴结构和几何参数进行了优化模拟。通过分析水射流的轴向速度和壁面静压分布,选择了最佳的喷嘴结构和几何参数。结果表明:圆柱形喷嘴的最大射流速度发生在喷嘴内部,而锥形和锥直形喷嘴的最大射流速度发生在喷嘴外部,且锥形和锥直形喷嘴的最大射流速度和最大压力均明显大于圆柱形喷嘴,考虑到水射流的附壁效应,锥形喷嘴为最佳选择。锥形喷嘴的最优几何参数为:喷嘴出口直径3 mm,喷嘴锥角7°,喷嘴长度9 mm。高压水射流喷嘴的优化对提高煤层瓦斯抽采效率具有重要意义。