基于回归分析的磨料水射流加工深度预测研究

为精确控制磨料水射流加工深度,需要深入研究磨料水射流加工参数对加工深度的影响。以喷嘴移动速度v、射流压力p和靶距S为影响因素,加工深度h为试验指标,进行磨料水射流加工深度正交试验,得到三种因素影响主次顺序为喷嘴移动速度v、射流压力p、靶距S。结合回归分析理论,建立磨料水射流加工深度预测模型,并通过实验进行验证。研究结果显示,基于正交试验的回归分析预测模型平均预测误差为5.17%,具有很高的可靠性。     

接触网绝缘子带电水冲洗的关键参数研究

为了研究接触网绝缘子带电水冲洗过程中喷嘴入口压力、喷嘴出口直径、风速等关键参数的影响,采用CFD软件Fluent进行气液两相流仿真,对比分析不同参数对水冲洗效果及安全性的影响。结果表明：入口压力是影响水射流速度的关键参数,出口直径是影响水射流水气比的关键参数;入口压力、出口直径、风速等参数都会影响水射流的直线性能及冲洗效果,尽量在风速低于2.5m/s或无风环境下进行冲洗作业,且尽量增加喷嘴入口压力以及选择直径较大的喷嘴;得到了喷嘴直径、射流距离与水气比的关系,为不同水冲洗情况下的喷嘴直径选择提供了参考。     

磨料射流喷嘴直径与切割能力关系的仿真及实验研究

高压水射流磨料喷嘴是磨料颗粒加速的关键部位,喷嘴直径对射流有重要影响.通过实验与仿真的方法研究了喷嘴直径与射流切割能力的关系.研究结果表明:①试件的切口深度和切口宽度随喷嘴直径的减小基本上呈线性减小;②同一压力下,减小喷嘴直径会降低射流的切割比能耗;③不同直径喷嘴射流轴心的加速规律和衰减规律基本一致.喷嘴直径越小,射流加速越慢,衰减越快,等速核心段越短,切割能力降低;④从能耗、切割效率等多方面因素考虑,对于普通材料切割的喷嘴直径较佳选择为0.6～1.0 mm,不宜进行直径0.2 mm以下的磨料射流切割.     

微水导激光稳定水束光纤的CFD仿真研究

利用计算流体力学(CFD)的方法对水射流进行了气/液两相流数值模拟分析,研究了一定喷嘴结构下获得最大稳定射流长度时所需的入口速度大小,分析了不同速度下射流破碎长度和稳定长度的及射流破碎形式,并验证了射流的缩流现象。计算结果表明,在直径为0.2mm,长径比为2.5,入口无倒角的喷嘴结构下,喷射速度50²00m/s时,可获得的水射流最大稳定长度70mm。液体经喷嘴喷出时,在喷嘴口会产生缩流,缩流后射流直径约为喷嘴直径的80%200m/s时,可获得的水射流最大稳定长度70mm。液体经喷嘴喷出时,在喷嘴口会产生缩流,缩流后射流直径约为喷嘴直径的80%⁸5%。     

水射流贻贝单边脱壳装备喷嘴内流场数值仿真研究

针对目前国内半壳贻贝加工方法生产效率低、加工环境差、贝肉品质低等问题,提出了一种新型的水射流贻贝单边脱壳方法,并对水射流脱壳装备中喷嘴进行了数值模拟。使用ICEM-CFD软件建立了喷嘴内流场的二维模型,并进行了网格划分;利用FLUENT软件,选择合理的计算区域和边界条件,采用标准k-ε湍流模型,对喷嘴内流场的速度、压力、及湍动能耗散率进行了计算,获得了水射流单边脱壳装备中喷嘴的最佳结构参数。研究结果表明:喷嘴收缩角、出口直径对喷嘴出口流速的影响较大,圆柱段长度对出口流速几乎无影响;喷嘴收缩角、出口直径、圆柱段长度变化时,喷嘴出口处湍动能耗散率在轴线两侧维持为一恒定值,在近壁面处急剧增加;喷嘴结构参数的确定为推动水射流贻贝单边脱壳技术的发展提供了重要参考价值。     

硬岩掘进机高压水耦合破岩影响因素实验研究

硬岩掘进机(TBM)在硬岩甚至超硬岩段掘进时,采用高压水射流辅助破岩成为一种有效提高破岩效率的新的研究方向。由于高压水射流破岩受诸多因素影响,作用规律复杂,其破岩机理一直未能被准确揭示。主要利用正交实验方法研究水射流压力、喷嘴直径、喷嘴移动速度对破岩沟槽深度与沟槽宽度的影响,同时结合刀盘贯入度优化水射流压力、喷嘴直径、移动速度等关键参数,探索高压水射流与岩石耦合破岩规律,为进一步揭示破岩机理提供依据。     

磨料水射流喷嘴内流场的数值模拟

该文以后混合磨料水射流水喷嘴为研究对象,基于两相流动的欧拉-拉格朗日和高雷诺数的标准双方程湍流模型,应用FLUENT软件对磨料水喷嘴内部两相流进行仿真,研究了固液两相流在磨料水喷嘴中的流体动态、磨料粒子的速度。通过对磨料水喷嘴磨损和液固混合相流域的权衡和模拟结果分析,得到磨料水喷嘴的锥形收敛角为30°、柱形内孔直径为0.76 mm、聚焦管总长为73 mm时具有较好的切割性能。通过分析不同长度、直径、锥形入口角的磨料水喷嘴,优化了磨料水喷嘴的结构参数。     

大直径超高压旋转水射流装置的研制及工程应用

针对作业直径不小于300mm、工作压力不小于100MPa的旋转水射流装置从主要水射流动参数确定和超高压旋转密封结构入手进行研究,确定了喷嘴孔径、射流靶距、转速等典型的水射流动参数,并完成了100MPa和250MPa两个压力等级的旋转密封组件的结构设计,研制出以平面清洗器为基本形式的水射流装置,并在实际工程应用中体现出高效和安全的特性。     

高压水射流破拆混凝土参数分析与研究

综述了影响高压水射流破拆混凝土设备效率的参数,研究分析了高压水射流的压力、流量、射流移动速度、冲击角度和喷嘴直径等参数对破拆效率的影响,研究结果对影响高压水射流破拆混凝土设备效率的参数的选择提供了科学参考。     

高压水射流表层改性渗碳合金钢的实验研究

为了研究高压水射流对金属表层改性的表面完整性数据,对渗碳处理后的18CrNiMo7-6合金钢的表面进行水射流实验,实验中采用固定靶距,选择水射流压力和喷嘴移动速度作为工艺参数。实验表明,对于硬度在HRC58以上的18CrNiMo7-6渗碳合金钢,水射流表层改性可以显著提高它的表面残余压应力,在150MPa压力,20mm/min的喷嘴移动速度,10mm靶距时,可使表面残余应力由初始的113.5MPa改变为-814.9MPa,水射流表层改性后对其表面硬度有较明显的提高,但冲蚀效应会对其表面粗糙度造成一定的不利影响。     

基于CFD的喷嘴结构对高压水射流反推特性的影响

喷嘴作为无人机新型射流反推弹射的重要元件,其结构参数对无人机弹射动态特性具有重要影响.以圆柱形、圆锥形和余弦形结构的喷嘴为研究对象,基于CFD建立不同结构喷嘴射流流动的数学模型,采用VOF多相流模型和k-ε湍流模型等对不同结构喷嘴射流流态进行数值模拟,获得不同结构喷嘴内外壁面的压力场、速度场分布,对比分析喷嘴结构特征和...     

钻杆外壁清洗射流流场的数值分析

在采用高压水射流清洗钻杆外壁过程中,为了得到最佳的清洗位置和清洗角度,必须提高钻杆的清洗效率和质量,文章建立了外部射流流场控制方程组,结合标准的k-ε湍流模型进行化简求解,采用ICEM CFD建立网格模型,通过Fluent软件采用VOF气液两相流模型和SIMPLE算法对喷嘴外部流场进行数值模拟分析。在一定的喷射范围内,改变喷射角度模拟对钻杆外壁的理论清洗情况,在最佳的清洗情况下确定喷头在整个清洗装置中的安装位置和喷射角度。分析结果表明:在600mm的安装距离中,随着喷射角度的减小,射流束的分流情况越来越明显,当减小到15°时,流束基本朝向一边;该喷射范围内,随着轴线位置的增大,速度和压力都呈现衰减状态,当距离超过500mm,速度衰减较明显,所以适宜的喷射距离为500mm;当喷射角度除15°和90°时衰减较大外,其余角度下衰减情况基本相同。再通过对壁面打击力的分析得出最佳的喷射角度为60°。     

Experiment and Numerical Simulation of Free Water Jet by a Central-body Nozzle

The recent research about cavitation jet mainly focuses on the organ-pipe nozzle and triangular nozzle.The research content mainly includes the optimized design about the structure of nozzles,the observation and flow analysis about the cavitation jet in the water,and the theory of rock attacked by the cavitation jet,while the energy characteristic of the free jet is not studied yet.In China,the research about the central-body nozzle is almost empty.For the purpose of studying the energy characteristic and the structure of free water jet discharged from central-body nozzle,an experiment with phase Doppler particle anemometry(PDPA) technology is carried out to measure the free water jet flow,which is produced by a central-body nozzle under the jet pressure of 15 MPa.While five sections with different axial distances from the nozzle outlet are selected for data process and analysis,the axial and radial velocity and the droplets of the particle size are studied.Meanwhile,numerical calculation of corresponding flow field is conducted by using volume of fluid(VOF) multiphase model,and the jet flow feature is discussed.The experimental and calculating results show that the axial velocity of high speed jet flow dissipates slowly in the air,and the core area and diffused area are discovered.The diameter of droplet in the core area is small,and jet energy is concentrated,while in the diffusion area,water is mingled with ambient air and radial velocity is relatively large.Obvious low-pressure area exists behind the central body and potential cavitation may occur in that area.The proposed research reveals the energy characteristic of free jet discharged from central-body nozzle,provides the theoretical basis for preestimating erosion feature of the central-body nozzle and also the theoretical foundation for revealing the mechanism of erosion.     

磨料浆体射流技术及其切割性能试验研究

提出了在低压下应用磨料浆体射流技术的切割系统,该系统采用了新型的添加剂材料配制浆料,经试验分析,可取代高聚物类添加剂。系统采用一种特殊的高压料罐来传递压力,使浆料与高压传递介质互不掺混,各自独立循环使用。试验研究了低压磨料浆体射流切割不同材料时切割速度与切割深度的关系,对比了不同直径喷嘴的切割能力。对切割比能耗进行了计算与分析,结果显示在同等切割能力下,该种切割技术比能耗小,切割成本低,切割质量好,且使用小直径喷嘴,优势更为明显。     

径向水平井自进式旋转射流钻头流场特性分析

为解决径向水平井钻进过程中破岩效率和自进能力的问题,设计了一种自进式旋转射流钻头。运用数值模拟方法,采用RNG k-ε湍流模型对所设计射流钻头的内外流场进行了三维流动特性分析,并分析了射流钻头结构参数对喷嘴流场特性的影响规律,进一步优化了自进式旋转射流钻头。结果表明,自进式旋转射流喷嘴外流场的轴心速度在喷嘴中心线上的速度最大,随着径向半径的增大,轴向速度迅速减小;切向速度沿喷嘴径向呈现出经典的"N"形分布,有利于增大射流破碎岩石的深度和破碎面积;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;自进式旋转射流钻头导向叶轮的螺距和导叶数量,对射流速度有着重要的影响;喷嘴直径对射流流场特性的影响较大。经过优化,得到射流钻头的叶轮螺距16mm,导叶数为2,喷嘴直径为1mm。     

磨料水射流仿真分析与试验研究

为有效保持油田的稳产增产,磨料水射流技术逐渐被应用于油田生产.磨料水射流切割利用高速混砂液体的射流来完成切割作业,具有安全、多能、环保、便捷、高效的特点.本文对前混式磨料水射流切割的喷嘴结构进行了优化设计计算,采用计算流体力学的方法,利用CFD仿真软件,对不同喷嘴类型﹑喷嘴长度和不同锥角角度的喷头的工作情况进行数值模拟...     

无针注射射流穿透表皮机理理论研究

由于表皮是外界与体内的屏障,因此无针注射喷射速度和初始滞止压力必须达到穿透表皮临界值。通过具体建立其穿透前变形的数学模型并结合其破裂过程,计算在0.1mm表皮厚度和喷嘴口径100～340μm下的射流穿透表皮的临界初始速度及滞止压力。并与已知数据比对来验证计算过程可靠性,而为无针注射器的设计提供一定的理论依据。     

定向喷嘴布置对PDC钻头井底流场影响研究

定向喷嘴布置的方式对PDC钻头的井底流场将有很大的影响,尤其是能改变PDC钻头的水力性能,因而研究定向喷嘴布置具有重要的意义.本文分析了喷嘴的不同布置方法,并通过数值方法模拟其对PDC钻头井底流场的影响.结果表明:在不完全对称布置方案的冲击区,在射流刚开始从喷嘴处流出去,但还未接触井底,各喷嘴射流处于衰减地带之内,这样的话将对钻头的清洗和携带岩屑离开井底非常有效果;在漩涡区,喷射角大、距钻头中心远的喷嘴射流则对清洗和携带井壁附近的岩屑起主要作用,喷射角小、距钻头中心近的喷嘴射流则对清洗和携带井底中心的岩屑起主要作用;在刀翼上的附面层由于周围喷嘴的影响,刀翼切削面低速区明显减少,剪应力增大,更好地预防、清除PDC钻头的泥包.最终达到提高机械钻速的效果.     

多孔射流式通风的流场特性分析

为了分析多孔射流风机作用下风场的流场特性,文中采用CFD方法,对多孔射流式风场模型内部流场进行了数值模拟,对比分析了不同喷嘴数量及排布方式对流场性能的影响,并引入涡动力学理论,分析了流场内涡结构的分布发展规律及其对流体掺混的影响。结果表明：喷嘴的数量及排布方式对流场性能有显著影响,外围喷嘴会对中心喷嘴的流动起到限制作用;流向涡对流体掺混效果的作用比展向涡大,在涡量一定的情况下,流向涡尺度越大、衰减越快,流体间的混合效果越好,流场稳定性越高。流场内速度及涡动力学分布表明,流场稳定性随着喷嘴数量的增加而显著提高,因此在保证经济性的前提下应尽量采用数量多的喷嘴排布方式。     

Effect of nozzle geometry for swirl type twin-fluid water mist nozzle on the spray characteristic

Experimental investigations on the atomization characteristics of twin-fluid water mist nozzle were conducted using particle image velocimetry (PIV) system and particle motion analysis system (PMAS). The twin-fluid water mist nozzles with swirlers designed two types of swirl angles such as 0°, 90° and three different size nozzle hole diameters such as 0.5mm, 1mm, 1.5mm were employed. The experiments were carried out by the injection pressure of water and air divided into 1bar, 2bar respectively. The droplet size of the spray was measured using PMAS. The velocity and turbulence intensity were measured using PIV. The velocity, turbulence intensity and SMD distributions of the sprays were measured along the centerline and radial direction. As the experimental results, swirl angle controlled to droplet sizes. It was found that SMD distribution decreases with the increase of swirl angle. The developed twin-fluid water mist nozzle was satisfied to the criteria of NFPA 750, Class 1. It was proven that the developed nozzle under low pressures could be applied to fire protection system.