新型射流式元件结构设计与试验研究

射流式液动锤由于其具有钻进效率高、钻进深度不受限制等优点被成功应用于油气钻井领域。然而由于射流元件在复杂受力条件下极易破损,严重制约了射流式液动锤的使用寿命。为解决此问题,对射流式液动锤射流元件受力情况进行了数值模拟分析,通过分析射流元件内部应力场分布情况,得出了射流元件破损机理,并设计了新型两体式射流元件。模拟分析研究表明,采用新型两体式射流元件可将元件内最大应力值降低一个数量级,使射流元件受力情况明显改善,可有效地提高其使用寿命。     

基于SolidWorks的射流元件压力仿真分析

本文介绍了射流式冲击器推广应用过程中遇到的问题,运用SolidWorks软件对射流元件内部流场进行数值模拟和仿真分析。结果表明:元件喷咀为产生压力损失的主要部位,也是流速最高处,受到流体的冲蚀作用最强。分析结果与实验测试吻合,解决了以往只能依靠经验确定射流元件压力降的难题,促进了射流式冲击器的推广应用。     

液动射流冲击器射流元件深井失效研究及对策

液动射流冲击器在深井模拟实验室进行了试验，其结果显示出了良好的应用前景，其可行性在实际应用中得到验证。但出现了一些问题。通过对不同液动射流冲击器射流元件在增加泵量的情况下进行实验。发现射流元件内部出现了水射流近似反射及脉冲现象；活塞及孔底岩石对元件的间接冲击会导致合金与射流元件胎体脱落；循环介质中的磨料粒子（来自硬岩、钻头），对元件进行切割；元件工作室内存在气穴现象，气泡的溃灭对元件造成损坏。为了防止射流元件失效。可采取加大喷嘴宽度、改变劈形、净化泥浆、加大冲锤质量及活塞行程、加缓冲器等措施。     

吸入管位置对液体射流泵性能影响的三维模拟

为了分析射流泵内部结构对射流泵性能的影响,利用数值模拟软件Fluent对射流泵的内部流场进行了三维数值模拟。通过改变吸入管位置单一变量,研究其对射流泵性能等的影响。结果表明,吸入管位置的变化会引起射流泵内部流场的压力和速度的变化,进而引起射流泵的被吸流体的流量的变化,但对射流泵的压力比及效率影响不大。故在设计及应用中,应综合考虑,恰当地选择吸入管的位置。     

附壁式双稳射流元件的设计

介绍了附壁式双稳射流元件的原理,应用fluent软件模拟了射流切换的过程。详细阐述了射流元件主要结构,包括喷嘴、控制道、位差、张角、劈尖、排空道和输出道的尺寸、方位等的设计方法,简要解释了各参数的概念及其对射流元件性能的影响。     

喷嘴宽度对射流元件切换性能影响的模拟试验研究

液动射流式冲击器在实验室中进行深井模拟试验。其结果展现出了良好的应用前景，其可行性在实际应用中得到了验证。但与此同时。也出现了一些问题。原因之一是由于射流元件喷嘴过水断面较小造成的。解决的办法之一就是增大喷嘴宽度。而这种改变可能会影响射流的切换性能。为此有必要进行模拟试验。其结果是射流切换与喷嘴宽度有关，喷嘴宽度过大，射流切换反而无法实现，其只能在一定喷嘴宽度范围内存在。为了更多地增大喷嘴过水断面，需设计新的结构射流元件或其它类型的元件。     

微泡发生器的数值模拟分析

首先详述了射流微泡发生器的结构和工作原理,分析、研究了射流微泡发生器的工作过程,其次借助FLUENT软件分析了发生器内三相流场内流体的运动状态。通过对流体运动的模拟分析,发现设计的缺陷,并对各参数进行了优化,通过对射流微泡发生器的模拟分析,为设计提供了依据。     

基于LS-DYNA的射流式液动锤活塞回程缓冲结构的研究

为了减弱射流式液动锤活塞回程撞击缸体的应力波对射流元件的破坏,延长射流元件的寿命,提出在缸体中设置碟簧缓冲结构来吸收冲锤回程的冲击能,并应用LS-DYNA显示动力学分析手段,对活塞回程进行仿真分析,探究碟簧缓冲对射流元件受力状态的影响,结果表明:采用碟簧缓冲结构,射流元件的最大应力可降低40%~57%,有效改善了射流元件的应力状态,在液动锤实际工作中具有可行性。     

矿井主排水管道射流除垢喷嘴参数优化研究

以用于矿井主排水管道射流除垢的圆锥收敛型喷嘴为研究对象,利用Fluent软件对喷嘴内部流场进行数值模拟,得到了喷嘴内部轴向的压力、湍流动能和速度变化曲线及出口射流速度等仿真结果。通过结果的对比分析,得出了最优的喷嘴参数。结果表明:收缩角在10°~20°之间,长径比为2时为最佳匹配参数,此参数喷嘴的内部压力梯度变化平稳,并具有较好的射流速度和流动稳定性。仿真分析结果为射流除垢喷嘴的结构设计提供了一定的理论依据。     

控制道及劈高对气动射流元件射流切换的影响

液动射流冲击器冲锤受力具有不受围压影响能在深井工作的优点,而现有气动冲击器单次冲击功大但无法在深孔钻进。为此有必要研究一种新型气动射流冲击器,使之具有二者优点。由于气液物性不同,故新型气动射流冲击器的核心部件——气动射流元件的切换性能需进行研究。改变气动射流元件控制道宽度、劈高进行试验,研究其对射流切换性能的影响,结果是控制道宽度较小,元件易实现射流切换;劈高对射流切换影响不大。     

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。     

磨料水射流喷头内部流场仿真及聚焦管参数分析

利用fluent软件在稳态、湍流、两相流的条件下对后混合磨料水射流喷头内部流场进行了数值模拟,并对喷头主要几何参数进行了分析。研究表明,聚焦管入口收缩角α越小,越有利于流动,避免了磨料在聚焦管入口处聚集而产生堵塞。聚焦管出口直径越小,磨料出口速度越大,但聚焦管出口直径越小,混合腔内部形成的负压越小,不利于磨料的吸入。聚焦管出口直径应以水喷嘴直径3倍左右为宜。     

前混合式磨料水射流喷嘴外流场仿真与实验

通过建立磨料水射流喷嘴有限元模型,对2种不同直径的前混合式磨料水射流的喷嘴外流场进行仿真分析.结果表明,在喷嘴其它几何条件相同的情况下,出口直径对喷嘴的出口速度影响比较大,出口直径越大,出口速度越小;在一定程度上将混合管适当地加长,可以提高磨料射流在喷嘴出口处的速度;磨料水射流最佳的切割距离为喷嘴出口直径的2.0～5.0倍.磨料水射流切割靶体实验结果与靶体冲击仿真结果基本吻合.     

螺旋式切煤诱喷增透防突技术研究及应用

基于螺旋破煤机理和诱喷增透防突技术,运用ANSYS软件建立喷孔孔洞有限元模型,模拟了喷孔后孔洞周围煤体应力分布及位移变化规律,并在川煤集团杉木树矿进行了工业性试验。数值模拟结果表明:诱喷后形成卸压空间,煤体应力重新分布,出现应力三区:卸压区、应力集中区及原始应力区,卸压占主导地位。同水平煤层总位移变化均衡,孔洞上部卸压效果优于下部。经现场试验及应用,切煤诱喷后,煤体暴露面积及扰动体积有了大幅度地提高,诱喷孔平均瓦斯抽采浓度是普通孔的2.33倍,瓦斯抽采效率得到改善。     

脉冲袋式除尘器内流场均匀性研究

借助Fluent软件对脉冲袋式除尘器内部流场进行了模拟分析,结果表明:脉冲袋式除尘器内部流场分布极不均匀,灰斗内存在明显的射流和回流现象,欲提高其分离性能及减少对滤袋的磨损,应从提高其内部流场分布的均匀性入手,如增设导流板和分布板。     

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。     

低渗煤层液态CO2相变射孔破岩及裂隙扩展力学机理

液态CO2相变射孔致裂增透技术作为一种有效的低渗煤层强化抽采方法,已被广泛的应用研究。但由于该技术在破岩及裂隙扩展力学机理方面研究不足,在一定程度上影响该技术进一步发展及应用。基于热工学、弹性力学、断裂力学等理论基础,建立了液态CO2相变气体射流压力模型,理论分析了液态CO2相变射孔破岩力学机理、地应力条件下裂隙扩展力学机理。采用PFC2D离散元颗粒流分析软件,进行数值模拟研究,分析了不同地应力及射流压力条件下液态CO2相变射孔破岩及裂隙分布特征。在以上研究基础上,在川煤集团白皎煤矿进行现场试验,研究表明该技术可有效提高低渗煤层瓦斯抽采效率。     

ANSYS/FLOTRAN在对喷流除尘系统优化中的应用

对喷流除尘技术在收集高湿高黏性粉尘的应用中具有独特优势。不同于大多数研究都是通过优化工况参数来提高除尘效率,而是从除尘器的结构考虑,应用有限元分析软件ANSYS中的FLOTRAN模块对其内部的流场进行仿真,得到了速度矢量场分布。根据仿真结果,对除尘器的结构进行了优化设计,使其结构能够满足最有利于提高除尘效率的流场分布。通过实际试验得到的最优除尘条件与通过数值模拟得到的优化参数是基本一致的,因此应用数值模拟方法得到速度矢量场从而优化除尘器结构参数的方法是可行的。     

不同起爆点聚能装药爆破射流的数值模拟分析

采用有限元程序对聚能爆破形成射流的过程进行二维仿真模拟,在药型罩、炸药等参数相同的条件下,对起爆点的不同对爆破形成射流的形态和射流基本参数的变化进行了对比分析。结果表明,起爆点的不同对射流形成初期的形状、长度均有较明显的影响;采用双起爆点起爆后最终所形成的射流无论是从射流拉伸的长度上,还是射流头部速度都与单点起爆形成的射流基本相同。     

药型罩结构对聚能射流影响的数值模拟

为了研究石油射孔弹聚能装药引爆后药型罩在爆轰波驱动下对聚能射流的影响,通过分析聚能射流形成的机理,利用显式动力有限元分析程序对聚能射流形成过程进行了数值仿真模拟,且针对药型罩的结构参数(锥角、壁厚和形状)对聚能射流的影响分别做了数值计算,分析得到了聚能射流头部速度与药型罩结构参数之间的关系,结果表明,不同锥角装药形成射流时,射流头部形状只存在微小的区别,但头部速度相差较大;同锥角药型罩,随着药型罩壁厚的增加,射流速度反而降低;药型罩为喇叭形时,所形成的金属射流头部速度最高。