非淹没射流条件下自激振荡脉冲射流喷嘴试验研究

自激振荡脉冲射流是一种利用流体动力学、水力学、流体共振和液体弹性的原理而发展起来的一种新型高效脉冲射流。它不需要激振源,无运动件的密封,而是依靠喷嘴的自身结构特性（自激振荡腔室和特殊的边界条件）,使通过喷嘴的射流变为自激振荡脉冲射流。应用该理论研制出石油钻井用自激振荡脉冲射流喷嘴,在不需要任何辅助装置的条件下,直接放在现行钻头的水眼内,大大提高了钻井速度。中原、四川、大庆、塔里木等8个油田试验的统计资料表明,在相同条件下脉冲喷嘴钻头与普通喷嘴钻头相比,机械钻速可提高33．5％～70％,单只钻头进尺提高6．7％～44．1％。采用自激振荡脉冲射流喷嘴钻头是提高机械钻速的有效方法之一。     

自激振荡脉冲射流喷嘴雾化特性试验研究

试验采用了SD150测试系统和数码摄像技术,对自激振荡脉冲射流和连续射流的时域和频域特性进行了分析。研究了雾化锥角、雾化距离及雾化粒度与泵压的变化规律。试验结果表明,泵压升高,雾化锥角和雾化距离增大,雾化粒度减少。与连续射流相比,脉冲射流的雾化质量更高。     

喷嘴内轮廓形状对水射流动态特性影响研究

以脉冲水射流喷嘴为研究对象,建立其发射特性的数学模型。喷嘴内轮廓分别采用直线、指数曲线和高阶曲线。应用MATLAB中的动态仿真工具软件包SIMULINK对3种喷嘴出口射流速度和喷嘴内的静压力进行仿真研究。研究表明,喷嘴内水柱的压力和速度沿喷嘴出口方向显著增大,在出口处达到最大值。3种轮廓曲线喷嘴产生的水射流速度的增加率与喷嘴截面积的收缩率成正比;喷嘴内部压力也和喷嘴截面积的收缩率密切相关,收缩最缓慢的指数喷嘴其内部压力最小。     

旋流磨料射流喷嘴磨损机理研究

从喷嘴的材质特性、磨料的特性、射流工作参数、加旋元件结构等方面对旋流磨料射流喷嘴磨损机理进行了分析和研究。结果表明:由于加旋元件的存在,不仅使射流结构带来质的变化,而且会给喷嘴的寿命带来影响。     

自振脉冲喷嘴中异形结构对射流振荡频率的影响

为了提高射流的利用率,通过改变下喷嘴出口形状来增强脉冲射流打击力。基于流体力学和水声学理论,推导出自振脉冲射流振荡频率模型,并采用压力传感器测量喷嘴振荡腔内压力,对自振脉冲喷嘴进行非淹没工况试验研究,对比分析了同等当量面积的圆形和方形喷嘴振荡频率与腔内压力峰值的变化规律。结果表明,两种喷嘴的振荡频率均随腔长增大而减小,随泵压上升而升高;腔内射流压力峰值随腔长的增大呈现先减小后增大的趋势,并且存在一个最佳腔长(约为4.5 mm)。此外,方形喷嘴腔内的射流压力峰值比圆形喷嘴提高约20%。     

钻孔水力采矿射流喷嘴初步试验研究

围绕钻孔水力采矿的关键元素喷嘴,在进行小直径喷嘴试验的基础上,分析研究试验数据,提出喷嘴的设计思路,完成喷嘴的基本选型。针对不同岩层的特性,提出不同的水力采矿方案。研究处在钻孔底高压淹没条件下,水射流的碎岩机理和碎岩能力。     

风琴管喷嘴和赫姆霍兹喷嘴射流特性分析

风琴管喷嘴与赫姆霍兹喷嘴是2种典型的自振射流喷嘴,其结构上的差异决定了射流特性的不同。基于水声学和流体网络理论,分析了2种喷嘴的结构特点及其产生的自振射流机理。为了研究2种自振喷嘴的射流特性,采用直接提取喷嘴腔内压力脉动信号的方法,通过信号分析研究自振射流的频率特性;同时,将打击试验与噪声分析方法相结合,分析了不同喷嘴射流的空化特性。试验结果表明,相对于普通喷嘴,风琴管喷嘴与赫姆霍兹喷嘴均能产生高频压力振荡并促进空化的产生,而赫姆霍兹喷嘴共振腔对射流自振幅值有放大作用且空化效果更为明显。     

不同收缩角喷嘴的射流仿真研究

应用Fluent仿真软件,对收缩角为5°、10°、20°、30°、40°和50°6种喷嘴在20 MPa和30 MPa压力下进行了射流仿真,并对仿真结果进行了比较分析。结果表明,轴线方向最大速度随收缩角的增大呈递减趋势;射流稳定性以喷嘴收缩角为10°的最好;不同压力条件下同一喷嘴的射流有着相似的特性。通过仿真可以为喷嘴形状和压力泵的选择提供一定的依据。     

环形多喷嘴射流泵结构参数的实验研究

环形多喷嘴射流泵的被吸流体在射流泵内沿直线流动,特别适合于抽吸含有大量固体颗粒的混合流体,在大口径反循环钻井和河道清淤等工程中具有广阔的前景。通过大量的实验,研究了环形多喷嘴射流泵各结构参数对射流泵性能的影响,为合理设计这种泵提供了理论依据。     

利用水力共振提高脉冲水射流强度

提出了使用导管-气室系统引发水力共振,提高脉冲水射流的强度的设想.采用波动法对导管-气室系统进行了研究,表明在合适的系统结构参数和流体参数情况下,系统可以使导管出口处的压力高于入口处的压力.实验研究证明,利用水力共振提高脉冲水射流的强度是可行的,且存在最佳气室容积和最佳频率.     

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。     

Dynamic effects of high-pressure pulsed water jet in low-permeability coal seams

Mine gas extraction in China is difficult due to the characteristics such as micro-porosity, low-permeability and high adsorption of coal seams. The pulsed mechanism of a high-pressure pulsed water jet was studied through theoretical analysis, experiment and field measurement. The results show that high-pressure pulsed water jet has three dynamic properties. What’s more, the three dynamic effects can be found in low-permeability coal seams. A new pulsed water jet with 200∼1 000 Hz oscillation frequency and peak pressure 2.5 times than average pressure was introduced. During bubble collapsing, sound vibration and instantaneous high pressures over 100 MPa enhanced the cutting ability of the high-pressure jet. Through high-pressure pulsed water jet drilling and slotting, the exposure area of coal bodies was greatly enlarged and pressure of the coal seams rapidly decreased. Therefore, the permeability of coal seams was improved and gas absorption rate also decreased. Application results show that gas adsorption rate decreased by 30%∼40% and the penetrability coefficient increased 100 times. This proves that highpressure pulsed water is more efficient than other conventional methods. Supported by the National Natural Science Foundation of China (50604019); the Innovation Team Foundation of China (50621403)     

高压脉冲水射流提高松软煤层透气性的研究

提出了利用高压脉冲水射流钻孔、切缝以提高松软煤层透气性和瓦斯抽采率的新思想.基于岩石动态损伤模型,理论分析和数值模拟了高压脉冲水射流瞬时动载荷、柔性撞击作用下煤体的动态损伤特性及裂隙场的变化规律.结果表明,高压脉冲水射流的冲击效应、剥蚀效应以及震动效应等冲击荷载作用可有效破碎煤体,增大煤体裂隙率和裂隙连通率,提高煤层透气性.研发出了低透气性煤层中的高压脉冲水射流瓦斯抽采系统,在重庆某典型高瓦斯低透气性煤矿进行了成功应用,应用结果表明,高压脉冲水射流有效提高了煤层透气性,平均百米钻孔煤层瓦斯抽放量较原工艺提高了7.8倍.     

水射流技术的研究进展和展望

介绍了脉冲射流、空化射流和磨料射流产生和发展 ,分析了国内外研究和应用现状 ,展望了水射流技术的发展 ,对进一步研究水射流技术具有一定的指导意义。     

双喷嘴射流泵基本特性方程及其性能研究

以射流泵理论和能量守恒定律为基础,采用洛伦兹流体混合损失模型,推导出新型双喷嘴射流泵的基本特性方程。当流速比V=1时,射流泵的理想效率为100%;当0V1时,面积比R越大射流泵的理想效率越高。根据实验数据拟合出能量损失系数关系是:K_(td)K_cK_jK_s,得到了射流泵完整的特性方程和实际特性曲线,结果表明:随着面积比R的增大,压力比P增大,但射流泵的工作区间缩小,高效区的位置左移;射流泵最高效率随流量比M_1呈现先增大后减小的趋势,而压力比P则是一直减小,符合能量守恒规律;实验样机的最优面积比R_(opt)为0.30,最优流量比M_(opt)为1.04,新型射流泵的效率最大值为22.57%。     

关于磨料水射流理论磨料供给量的研究

介绍了磨料水射流切割优点和国内外水切机的磨料主要供给方式。通过对超高压水的流动特性分析 ,提出了在水切机磨料供给系统设计时 ,磨料供给量计算方法 ,并综合归纳了影响磨料供给量的水喷嘴、磨料喷嘴直径、系统压力的高低和磨料自身特性 (粒度、流动性 )等相关因素 ,分析了磨料供给状态对水射流的切割质量的影响     

煤矿降尘用高压射流雾化喷嘴的研制

根据水力降尘原理和旋转射流理论,深入分析了影响喷嘴降尘效果的各种因素,并对不同结构喷嘴的喷雾效果进行了实验研究。实验室型式实验表明:所研制的高压射流雾化喷嘴在喷雾压力为10MPa时,具有要求的条件雾化角,合理的雾粒直径、足够的雾粒运动速度,完全满足煤矿井下控制粉尘,呼吸性粉尘的需要,为煤矿安全清洁生产提供了经济有效的手段。