淹没高压水射流清洗地浸生产井过滤器的数值分析

采用数值模拟方法, 利用Fluent软件对300 m水深的淹没高压水射流清洗地浸过滤器的流场特性进行分析, 对比了不同喷嘴直径、喷嘴压降、冲击偏角和冲击靶距对污垢的冲击压力、剪应力、有效去污面积等去污指标的影响。结果显示, 喷嘴直径从1.0 mm增至2.0 mm, 射流最大冲击压力、最大径向速度和有效清洗长度分别增加22.15%、27.59%和905.46%;增大喷嘴压降会增强射流冲击压力, 提高射流去污能力;适当增大冲击偏角可以增强靶面剪应力, 冲击偏角 30°左右时去污效果较好;有效去污面积随冲击靶距增加整体呈先增大后减小的趋势。数值仿真分析结果表明, 采用淹没高压水射流去除地浸生产井过滤器上的堵塞物是可行的。分析数据可为清洗喷嘴的设计及清洗工作参数的选取提供一定参考依据。     

高压水射流清洗参数的选择

根据我国工业清洗业普遍存在的清洗参数不合理的现象 ,对水射流清洗时的压力和流量、高压胶管的管径与长度、喷嘴的形状与尺寸、横移速度、靶距和射流冲击角等清洗参数的合理选择及匹配进行了分析与研究。     

煤体相似材料高压气射流参数优化及冲蚀特性分析北大核心

为了有效避免水力化射流技术可能存在的水封抑制瓦斯解吸和降低煤层渗透率的缺陷,基于已有的气射流研究基础,采用理论分析和实验室实验等研究手段,对高压气射流的冲孔特性及射流参数组合下冲孔破煤规律进行了分析研究。结果表明:影响实验结果指标的3个因素中,射流压力的影响最大,冲击靶距次之,喷嘴规格对实验结果影响最小;实验范围内最优射流参数组合为射流压力12 MPa,冲击靶距30 mm,喷嘴规格3.5马赫数;射流冲蚀效果随着射流压力的增加不断增加,当射流压力达到10 MPa时,试件发生贯穿,进一步提升至12 MPa时,试件发生破碎;射流冲蚀存在最优冲击靶距,该靶距条件下,射流冲蚀效果最佳,一般为6~7倍喷嘴直径;喷嘴规格对冲蚀实验效果影响不大,随着喷嘴规格的增加,冲蚀效果趋于恒定。     

基于均匀设计的喷嘴结构参数研究

目前高压水射流清洗最常用的是圆锥形喷嘴,为了研究喷嘴各参数及其交互作用对喷嘴内射流流场的影响规律,采用均匀设计方法设计不同参数喷嘴内部流场仿真方案,仿真中重点考虑射流的空化效应,并对结果进行二次多项式回归分析,得出影响射流空化率的显著性依次为收缩角、收缩角和长径比的交互效应及长径比,进一步分析可知当α=20°和cp=3时,喷嘴内部空化率最低,流场较稳定,为合理选择喷嘴参数提供了参考。     

高压水射流冲击刚壁压力分布规律研究

为了探讨高压纯水射流和高压磨料射流冲击刚壁时射流冲击压力的分布规律, 利用建立的专用测力工作台, 研究了射流方向与刚壁成90°角时冲击压力的分布规律及靶距、系统工作压力对冲击压力的影响, 并对磨料射流的强化效果进行了分析。结果表明: 射流冲击力随径向距离的增加急速降低, 是一非单调递减阶梯函数, 连接各阶中心冲击力值, 可视其为具非单调负指数下降规律。在靶距不变的情况下, 纯水射流和磨料射流, 其中心(最高压力)位置的冲击压力和系统压力呈正相关。     

高压水射流冲孔基本规律的实验研究

采用高压水射流实验系统分别进行水压力、射流靶距、时间等单因素影响实验,分析这些因素对水射流冲孔效果的影响规律。实验结果表明:随着水压力的增加,射孔深度呈线性增加;当喷嘴直径为1.02mm时,水射流的最佳靶距为2mm;高压水射流存在极限射流深度,在此之后,时间增加,其射流孔孔深基本不变;改变时间、靶距以及水压力,试块水射流孔径基本无变化。     

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°。     

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。     

空化水射流清洗的实验研究

空化射流是在喷咀出来的水射流内诱发含有空气 (或水蒸汽、混合气体 )的初生空泡 ,适度地控制靶距 ,使空泡发展长大。当射流冲击到靶材表面 (或附近 )时 ,发生溃灭 ,从而使靶材引起气蚀破坏 ,以达到清洗、切割或破碎物料的目的。在理论分析空化射流清洗机理的基础上 ,通过实验研究了基于自激振荡空化喷咀产生空化射流 ,从而提高射流清洗效果的新型清洗方法 ,并实验研究了将该方法用于管道内壁清洗时 ,改善清洗效果的措施空化水射流清洗的实验研究@王萍辉     

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。     

气射流破煤连续过程机理与数学模型

针对水力化增透措施在松软低渗煤层应用过程中存在的水封抑制瓦斯解吸和降低煤体渗透率的缺陷,提出高压气射流冲孔破煤增透的技术方法,同时为明确气射流冲孔破煤的特性,基于空气动力学与岩石力学理论,分析了气射流破煤的连续过程机理,推导了连续过程数学模型并建立了破煤能力与破碎坑特征的判识准则。分析认为,高压气体经缩放型喷嘴实现超声速跃迁加速流动;自喷嘴喷出的气流在空气介质的剪切作用下,轴向速度衰减,径向断面扩张;当射流冲击作用于煤体后,产生破碎核和延展裂纹,在拉伸作用下发生失效破坏,形成塑性破碎坑。选取3种不同强度的煤体和1种砂岩进行的气射流破煤规律计算结果表明,当提高喷嘴入口压力和喷嘴直径时,气射流滞止点处压力均不断增大,在低压力入口条件下,气射流可对强度较小的煤体造成冲蚀破坏,当入口压力达到16 MPa时,可实现对砂岩的冲蚀破坏;随着射流压力的提高,冲蚀形成的破碎坑轴向深度和径向长度都不断增大,但轴向深度增加量要远大于径向长度增加量,破碎坑形状由最初的锥形渐变为橄榄球形。     

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。     

降阻剂对多孔旋转喷头流场特性的影响模拟分析

采用RNG k-ε湍流模型和有限体积法对添加DR-12型乳液聚合物降阻剂的连续相混合介质进行数值模拟,分析了降阻剂对多孔旋转射流喷头流场特性的影响规律,得到了喷头各喷嘴射流形态和压力场、速度场的变化情况。结果表明:添加降阻剂可以有效提高射流的密集性、作用喷距和喷头内部静压力值,而对动压力和射流速度影响有限;在入口压力50 MPa时,喷头各喷嘴静压力提高了2.67～5.36倍,而动压力和射流速度仅提高了1.04～1.06倍和1.02～104倍;随着入口压力变化,喷头各喷嘴平均静压提高了3.25～3.76倍,降阻效果更为明显,进而验证了添加降阻剂可以有效降低多孔旋转喷头的压力损耗。     

基于响应面分析的淹没水射流破土施工参数优化设计

针对水射流破土过程中射流孔深度及径宽难以确定的问题，以圆柱形喷嘴为研究对象，基于拉格朗日-欧拉流固耦合算法建立了淹没水射流破土的有限元模型，并通过室内实验验证了该有限元模型计算结果的准确性。基于响应面法建立了射流孔深度与径宽的预测模型，分析了喷嘴直径、射流靶距和射流压力3个因素及其交互作用对射流孔深度及径宽的影响规律，结合满意度函数对破土施工参数进行优化。结果表明：当选取特定破土深度(10 cm、15 cm和20 cm)时，较大的射流压力(7.2 MPa)、较小的射流靶距(1 cm)及合适的喷嘴直径(0.928 mm、1.164 mm和1.345 mm)可最大程度地保证射流孔的稳定性。针对特定目标破土深度，优化后的射流孔深度及径宽的预测值与实验值的误差均小于15%,表明预测结果合理可靠。     

后混式高压磨料水射流磨料分布规律分析

为了提高带钢后混式高压磨料水射流除鳞清理效率, 设计了磨料分布测试装置, 以试件表面磨料冲击坑数量来表征磨料在射流横截面上的分布, 研究了靶距和工作压力对磨料在射流横截面上分布的影响。结果表明, 磨料在射流横截面径向的分布服从正态分布规律, 靶距增大会导致磨料分布范围增大, 分布分散化、均匀化, 且磨料的分布范围与靶距成一阶线性关系; 工作压力与磨料的分布范围成正比关系, 且提高工作压力会增大喷嘴混合腔中有效混合的磨料总数。     

气穴水射流实用性的研究

在试图利用气穴水射流进行切割、清洗和破碎之前，必须了解气穴在水射流中的作用机理及其对几何、物理和操作参数的依赖关系。研究工作的最终目标是设计一套喷喷，以使气穴水射流能有效地用于靶距和操作变量变化大的各种环境中。由于气穴现象的复杂性，故采用了多种研究方法。就水射流技术而论，与一般研究相比，气穴的主要目的是要提高普通水射流的切割能力。简单地说，气穴由含有水蒸气或气体（通常是空气）的气泡组成，是凭借流场中动压力的变化而发生的。当含有蒸气气泡的射流冲击靶标物体时，由于蒸气凝缩作用，在滞止带气泡迅速破裂（…     

磨料空气射流破煤冲蚀模型研究

进行预抽煤矿瓦斯时,采用水力化增透措施容易出现抱钻、塌孔等现象,降低瓦斯抽采率。为此,提出磨料空气射流破煤增透措施,提高钻孔利用率。为明确磨料空气射流破煤参数,采用ANSYS Fluent软件中的离散相模型对磨料粒子在喷嘴中的加速效果进行了计算,分析了空气压力、磨料密度和磨料粒径对磨料加速的影响,考虑了反弹磨料二次冲蚀作用,建立了磨料空气射流冲蚀能量方程;基于有限元和光滑粒子模型,采用LS-DYNA对磨料空气射流冲蚀煤岩体进行数值模拟,分析了射流扩散角和磨料的形状特性对煤岩体冲蚀的影响规律,建立了磨料空气射流冲蚀能量转化率方程;采用高压磨料空气射流实验系统,使用(Laval)喷嘴,在不同气体压力条件选用标准的180μm石榴石磨料对煤体、砂岩、灰岩和花岗岩进行磨料空气射流冲蚀实验,获取了单位能量破碎体积参数,建立了磨料空气射流冲蚀模型;采用控制变量法,进行磨料空气射流冲蚀灰岩的实验,利用不同影响因素对冲蚀效果的影响实验数据对冲蚀模型进行了修正;进行磨料空气射流冲击煤体实验,验证了冲蚀模型的准确性。对磨料空气射流冲蚀煤体体积模型进行了分析,结果表明影响冲蚀效果的因素权重依次为:气体压力&g...     

淹没水射流关键参数对天然气水合物沉积物冲蚀体积的影响规律研究

高压水射流技术具有工作介质来源广泛与环保等优点,能够用于海底天然气水合物储层破碎。本文运用LS-DYNA有限元程序对淹没状态下高压水射流对海洋天然气水合物沉积物破碎过程进行数值模拟,研究了射流速度、喷嘴直径、靶距、入射角度4项关键参数对含水合物沉积物冲蚀体积的影响,得出以下主要结论:含水合物沉积物破碎需要满足射流速度大于临界流速;随着射流速度的增加冲蚀体积逐渐增大;喷嘴直径的增加会导致沉积物径向冲蚀体积的增大,从而使总体冲蚀体积增大;靶距的增加会使水射流在水域运动过程中能量损失增大,导致冲蚀体积的减小;在喷嘴入射角度增大过程中冲蚀体积先增大后减小最后趋于稳定,当入射角度为10°时冲蚀体积能够达到最大值。     

水力冲孔喷嘴几何参数对喷嘴内部流场的数值模拟研究

利用计算流体软件建立了水力冲孔喷嘴内部流场的三维数学模型。采用标准k-ε湍流模型模拟了喷嘴内部流场,并分析了喷嘴参数对流场速度分布影响。结果表明,喷嘴收缩角和长径比对喷嘴内部流场影响较大,但各参数都存在着最优值。计算结果与室内实验基本吻合,验证了喷嘴内部流场分布与射流煤层打击效果存在着内在联系。     

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。