环空流体吸入式自激振荡脉冲射流调制元件结构优选研究

为充分利用井底水力能量提高破岩钻井效率,提出了环空流体吸入式自激振荡脉冲射流钻井技术。将数值模拟和试验研究相结合,分析了环空流体吸入式自激振荡脉冲射流调制元件结构参数的变化对射流破岩性能的影响。对比分析了调制元件的环空吸入量、出口流速、振荡腔负压值和进出口压差与射流破岩效果之间的关系,结果发现调制元件进出口的压差越大,射流破岩效果越好,二者呈显著线性相关。以调制元件进出口压差为优选依据,采用正交试验法,进行了数值模拟试验,优选了调制元件的结构参数,数值计算与试验结果吻合良好,表明分析环空流体吸入式自激振荡脉冲射流性能,优选调制元件结构的方法可行。所得结论可作为射流调制元件结构设计和优化的依据。     

环空流体吸入式自激振荡脉冲射流大涡模拟研究

发展新型破岩钻井技术对于促进油气田高效开发具有重要意义,高压水射流是提高破岩钻井效率的一个重要手段,脉冲射流是一种高效射流形式.为了充分利用井底水力能量,提出了一种环空流体吸入式脉冲射流的技术构想.基于自激振荡原理设计了相应射流调制工具,并对工具的流场和动力学特性进行了大涡模拟研究.研究结果分析揭示了环空流体吸入式自激振荡脉冲射流调制的机理,并发现合理的水力结构可以在振荡腔内实现局部负压,使得环空流体被吸入,参与调制生成高效脉冲射流.与非吸入式脉冲射流相比,吸入式脉冲射流振荡更加剧烈,破岩能力更强.研究结果得到了实验验证,为实际钻井工具的研制和相关工艺技术的开发提供了依据.     

深水自激吸气脉冲射流喷嘴性能的试验研究

对自行研制的深水自激吸气式脉冲射流试验装置进行了试验,分析了工作参数对射流均值打击力的影响。结果表明:①射流均值打击力随着工作压力的增大而增大,且增大的速度随围压的增大而减小;②随着吸气量的增大,射流的均值打击力增大,随着围压的增大,射流均值打击力随吸气量增大而增大的速度趋于平缓;③在上喷嘴和腔体结构一定、下喷嘴直径发生变化的情况下,射流均值打击力随围压的增大而逐渐降低。     

自激振荡磨料射流中的磨料加速机理

自激振荡磨料射流是自激振荡脉冲射流和前混合磨料射流相结合后形成的新型射流，本文讨论了自激振荡磨料射流喷嘴的结构和工作原理，分析了影响磨粒速度的各种因素，研究表明，最大钻孔速度高于前混合磨料射流。     

结构参数和运行参数对自激脉冲射流装置性能的影响试验

为了研究结构参数和运行参数对自激脉冲射流装置性能的影响,运用自行研制的试验系统对自激脉冲射流装置进行大量的试验,在上喷嘴直径为8 mm和腔径为95 mm的试验条件下,分析下喷嘴直径、腔长和工作压力的变化对脉冲射流打击力和脉冲效果的影响。试验结果表明:不同的下喷嘴直径、腔长和工作压力对脉冲射流打击力的影响是不同的;每种下喷嘴直径都存在着获得最佳脉冲效果的合适腔长和工作压力范围;随着下喷嘴直径的增大,最佳腔长和工作压力范围也有所增大。     

围压下自激吸气脉冲射流装置压力特性试验

为了解自激吸气式脉冲射流装置在围压作用下的脉冲效果及腔体内压力的变化规律,利用自主研发的水下射流装置平台开展试验研究,分析了不同围压时装置在不吸气和吸气条件下的冲击力、频率特性及腔体内压力的变化规律。结果表明:围压对装置射流冲击力衰减影响较大,相同靶距时高围压的冲击力衰减较快;装置吸气后射流冲击力的频率比不吸气低,但振幅变大;围压对不吸气和吸气条件下腔体内的压力影响规律相同,测点压力均随着围压增大而减小,而在同一围压条件下吸气后腔体内测点压力变大。     

脉冲频率对液体喷射泵性能影响的试验研究

对脉冲液体喷射泵的性能进行了系统的试验,以探讨脉冲频率及喷咀出口面积与喉管出口面积之比对液体喷射泵性能参数的影响.试验结果表明,在一定流量比下,脉冲射流能提高喷射泵的压力比和效率,脉冲射流频率在一定范围内变化可以提高喷射泵的性能,而且频率越大、面积比越小,性能提高得越多;脉冲射流时间比和关阀时间对脉冲液体喷射泵性能也有一定影响,电磁阀的开启与关闭时间应有一个合适的范围.     

田间电磁阀水力特性数值模拟研究

为了深入了解田间电磁阀压力分布及其内部流动特征,采用RNG k-ε湍流模型和压力速度耦合的SIMPLEC算法,对DN110和DN125两种田间电磁阀内流体流动进行了数值模拟计算和试验验证,分析了两种电磁阀的压力云图、流线图、速度云图。结果表明,数值计算结果与试验结果具有较高的吻合度,模拟结果表明阀腔内部进口上侧和下游段均有漩涡,阀体出口上下侧有回流,回流使阀体出口流道面积减小,产生射流。随着流速增大,上游段压力增大,阀腔上表面压力增大,下游段负压值增大;阀体出口射流激烈,漩涡直径增大,管道内流体紊动加剧。研究结果直观展现了田间电磁阀阀腔内部流场形态,揭示了阀腔受力特点和水流变化规律,为田间电磁阀进一步开发提供理论指导。     

脉冲射流冲击混凝土的损伤演化与破碎特征研究

脉冲水射流作为一种高效、绿色的混凝土拆除方法 ,具有动载频率高、水垫效应弱等优点。为明晰脉冲射流冲击混凝土的损伤演化与破碎特征,本文基于SPH-FEM耦合算法,开展了脉冲射流冲击混凝土的数值模拟,分析了脉冲射流冲击下混凝土损伤场的演化特征,获得了破碎坑深度、宽度和面积的变化规律。研究结果表明：随着混凝土强度等级的增加,混凝土的整体损伤程度、破碎坑深度和面积呈逐渐减小的趋势,破碎坑深度和面积呈幂函数变化,破碎坑宽度呈线性正向相关变化;随着射流速度的增加,混凝土的整体损伤程度、破碎坑深度和面积呈逐渐增大的趋势,破碎坑深度和面积呈线性正向相关变化。破碎坑宽度随混凝土强等级的增大而增大,受射流速度影响较小。混凝土在脉冲射流冲击下,在液固接触区域均产生了“碗状”破碎坑。     

淹没条件下自激吸气式脉冲射流流场初步研究

运用计算流体动力学软件,对水下自激吸气式脉冲射流流场进行数值计算。结果表明:在模拟工况的运行参数和结构参数下,自激吸气式脉冲射流装置可以产生自吸气;不同水深条件下,装置形成的涡旋气团时间不同、气团形状不同;随着模拟水深的加大,装置内气体浓度以及射流轴心的速度、压力呈现递减趋势。     

THEORETICAL AND EXPERIMENTAL STUDY ON THE CONICAL SWIRLING WATER JET FLOW

This paper is concerned with theoretical and experimental study on theconical swirling water jet flow.Based upon the theoretical analysis,the experiment on thestructural characteristics of swirling water jet flow including the velocity and pressure dis-tribution laws,on which the parameters of the jet,nozzle and directional blades havemore or less influence,was carried out in CSSRC by using a 3-D LDV in order to optimizea new high-efficiency jet instead of swirling drilling bit for rock-breaking and continuouslydrilling,and to meet the demand of radial horizontal drilling technology.Meanwhile basedon the experimental results,the numerical simulation was conducted for the conicalswirling water jet in the immersed well-bottom flow by solving the RANS equations in the3-D body-fitted coordinate system with the k-ε turbulence model.The numerical resultsare consistent with the experimental data,and lead to some conclusions which are impor-tant for applying the conical swirling water jet to the petroleum drill     

Numerical simulation of the abrasive supercritical carbon dioxide jet: The flow field and the influencing factors

The supercritical carbon dioxide(SC-CO_2) jet can break rocks at higher penetration rates and lower threshold pressures than the water jet. The abrasive SC-CO_2 jet, formed by adding solid particles into the SC-CO_2 jet, is expected to achieve higher operation efficiency in eroding hard rocks and cutting metals. With the computational fluid dynamics numerical simulation method, the characteristics of the flow field of the abrasive SC-CO_2 jet are analyzed, as well as the main influencing factors. Results show that the two-phase axial velocities of the abrasive SC-CO_2 jet is much higher than those of the abrasive water jet, when the pressure difference across the jet nozzle is held constant at 20 MPa, the optimal standoff distance for the largest particle impact velocity is approximately 5 times of the jet nozzle diameter; the fluid temperature and the volume concentration of the abrasive particles have modest influences on the two-phase velocities, the ambient pressure has a negligible influence when the pressure difference is held constant. Therefore the abrasive SC-CO_2 jet is expected to assure more effective erosion and cutting performance. This work can provide guidance for subsequent lab experiments and promote practical applications.     

基于时间序列模型的济南趵突泉地下水位预测

本文对2012年5月至2017年12月济南泉域趵突泉的地下水位波动规律进行了分析,并采用3种灰色时间序列模型,评价了保泉形势,通过模型的拟合效果检验可知:对于存在周期性波动趋势的地下水位观测值,GM(1,1)模型优势未能得到充分体现,ARIMA与Holt-Winters模型的预测结果较为接近,整体精度较高,表现出明显的预测优势。深入比选ARIMA与Holt-Winters模型的8项拟合优度指标,最终确定利用预测效果最优的Holt-Winters模型,从时间序列的角度对趵突泉地下水位进行分析,并预测2018—2019年趵突泉的年平均水位分别为27.734m和27.605m,泉水位波动的峰值为28.215 m,谷值将出现于2019年的6月份,数值仅为27.124m,逼近27.01m的泉水停喷线,为近7年来的最低水位。预测结果表明:现状降雨与开采条件下,2019年6月趵突泉将面临潜在的停喷的危机,保泉形势不容乐观。     

磨料参数对准直磨料射流切割性能的影响

根据多相流体介质在准直管内有阻流动方程式数值分析了供料量和粒径对准直磨料射流中磨粒加速效果的影响。研究表明，磨粒速度随着供料量的增加而逐渐降低。磨料质量浓度小于９．５％时供粒量对磨粒速度影响不显著。不同的供料量对应着不同的最佳管长，粒径越小磨粒加速度越快，磨料射流的切割效果取决于磨粒速度和粒径大小，粗磨料略优于细磨料     

水下高围压磨料射流装置及冲蚀性能的研究

提出了水下高围压磨料射流切割模拟试验装置并对其进行了试验，得到了冲蚀深度与靶距，模拟水深，射流管长度及冲蚀时间的关系。同时对空气中磨料射流与纯水射流的冲蚀性能也进行了比较，本文较全面地揭示了水下磨料射流的冲蚀性能，为实际应用提供了必要的依据。     

EXPERIMENTAL STUDY ON VELOCITY PROFILE OF SUBMERGED ABRASIVE SUSPENSION JET FLOW

1. INTRODUCTIONAbrasive Water Jet (AWJ), has been developed the into a remarkable and extensively used cutting technology in last two decades. In recent years, the polymer PAM has generally been applied to jetting fluid to further increase the abrasive ve…     

淹没水流自激吸气式脉冲射流喷嘴吸气性能

针对我国多泥沙河流下游水库淤积严重的现状,对自激式脉冲射流喷嘴产生脉冲射流的条件进行了分析。不同条件的对比试验结果表明:自激式脉冲射流喷嘴吸气性能影响参数有吸气管管径、吸气管根数及吸气量;在淹没条件下,对自激式脉冲射流喷嘴进行吸气处理,可使其产生脉冲射流;不同吸气条件下,装置吸气特性不同,获得较好打击效果所需的最佳吸气性能参数范围不同。