基于Solidworks的水力割缝喷嘴特性数值模拟

水力割缝是煤层卸压和增加煤层渗透率的有效方法,其中喷嘴结构是影响水力割缝效果的关键部件,通过Solidworks软件对收缩型喷嘴内部流场进行数值模拟,通过对比优化喷嘴参数,并在实验室进行试验分析了影响割缝效果的因素。     

水射流割缝喷嘴几何参数优化数值模拟研究

应用SolidWorks软件建立水射流割缝喷嘴内部流场的三维模型,采用标准κ-ε湍流模型模拟喷嘴内部流场,并分析了喷嘴出口速度和动压,将模拟结果用于割缝喷嘴参数的优化。研究表明,对喷嘴性能影响最大的是收缩角和长径比,喷嘴出口处的水平流道对喷嘴性能也有重要影响。     

煤层水力割缝系统性能瞬变特性研究

煤层水力割缝预抽采技术是防治煤与瓦斯突出这种矿井主要动力灾害的有效手段,但水力割缝系统在工况转换过程中存在瞬变现象,极易诱发煤与瓦斯突出。针对水力割缝系统在工况转换瞬变中瞬变压力和流量控制的问题,采用实验测试方法对自主研制设计的水力割缝关键装置不同喷嘴和阀芯结构参数瞬变压力和流量进行了系统测试,分析了割缝关键装置喷嘴与阀芯结构参数对瞬变压力和流量的影响规律。试验结果表明：喷嘴数量与参数对瞬变压力不产生影响,瞬变压力均为1.1 MPa,净流量呈现线性变化规律,能够利用线性变化预测瞬变压力,预测最大误差9.3%;割缝关键装置阀芯不同参数对瞬变压力影响不同,流量控制主因数为上孔口直径,试验瞬变压力不随阀芯面积改变而改变。     

突出煤层水力割缝的参数优化研究

水力割缝是一项能够有效提高煤层透气性的本煤层渗透性改性技术。改性效果与水力割缝的施工工艺参数紧密相关,其中割缝的射流压力、高压水泵的排水量,以及割缝速度是最基本的参数。以工业性试验为基础研究了割缝的射流压力和割缝速度对抽放效果之间的关系。研究表明:最佳的射流压力为50~60 MPa;最佳的割缝速度以0.5~1.0 m/min为宜。     

水力割缝喷嘴优化及瓦斯抽采应用

通过数值模拟,验证了水力割缝对煤体卸压、增加了瓦斯流通通道;得到了最优的喷嘴出口压力为30 MPa;试验得到喷嘴直径准2 mm、收缩段长度10 mm、直柱段长度8 mm、内锥角13°的圆锥形喷嘴为最优参数。水力割缝在突出矿井瓦斯抽采现场应用表明:水力割缝影响半径范围内的钻孔瓦斯抽采的瓦斯流量、瓦斯浓度、瓦斯抽采量明显提高,强化抽采效果好。     

基于Fluent的水力割缝喷嘴轴心间距优化

利用Fluent软件建立了不同喷嘴轴心间距下水力割缝的数学模型,采用标准k-ε湍流模型模拟了钻孔内部流场,并分析了喷嘴轴线间距对射流流场分布、轴心速度衰减和钻孔壁面压力分布的影响。研究结果表明:该影响较大,喷嘴轴心间距越小,射流流场分布越紊乱。随着喷嘴轴心间距d的增大,射流流场分布规律性逐渐明显,且轴心速度衰减呈现先减小后增大的趋势,喷嘴轴心间距的最佳值为40 mm。     

低透煤层水力割缝锥-柱组合型喷嘴增透技术研究

为了解决高瓦斯低透气性煤层抽采效率低下的难题,利用水力割缝增透技术提高瓦斯抽采率,其割缝设备使用锥-柱组合型喷嘴.以斜沟煤矿18205工作面为研究对象,通过理论分析、数值模拟和现场试验的方法研究此种形式喷嘴的增透效果.现场试验得到实施水力割缝增透措施后的钻场瓦斯抽采纯量明显比未开展水力割缝的钻场高,6m抽采半径的钻场抽...     

水力割缝空间分布模式对煤层卸压增透的作用规律

水力割缝技术是实现煤层卸压增透的有效手段,目前由水力割缝技术形成的致裂裂缝空间分布模式对煤层卸压增透的作用规律尚不明确。本文采用颗粒流模拟方法(PFC2D)对内含不同角度单缝及不同空间排布方式多缝的煤体开展了单轴压缩数值模拟试验,针对水力割缝周围微裂缝大量发育与连通促使煤层卸压增透的物理机制,提出了评价煤层割缝卸压增透效果的2个指标:加载过程中微裂缝显著产生时的单轴应力门限(σγ)与多条割缝的连通性。其中,σγ越低、多条割缝的连通性越强,割缝间的微裂缝越容易在低应力条件下形成并相互连通,割缝的卸压增透效果越好。模拟结果表明,单条割缝与煤体边界最大主应力方向夹角(α)呈90°时γ最小(3.2MPa);2条割缝(α为90°)排布方向与煤体边界最大主应力方向(割缝排布角β)呈45°时,水力割缝间具有最高的连通性与较低的应力门限(σγ为2.4 MPa);3条割缝(α为90°且β为45°)呈折线型交错排布模式时,割缝间的连通程度最高,且σγ较双割缝进一步降低了16.7%。通过上述模拟结果,确定了有利于煤层卸压增透的割缝最优空间分布模式,即α为90°的多条割缝以45°的排布角(β)交错分布。     

低透气性煤层水力割缝优化方案

针对现有的水力割缝技术进行改进,?用新型开口钻头、双壁返渣钻杆、变径接头、并优化水射流喷嘴位置、钻孔布置方式,从而提高水力割缝对煤体的扰动效果,减少水力割缝施工时间,提高水力割缝抽采效果。     

松软煤层穿层钻孔水力冲孔与水力割缝卸压增透效果研究

为了找出更加适合松软低透气性突出煤层的卸压增透方法,在白坪煤矿13031底抽巷进行了水力冲孔与水力割缝卸压增透效果对比试验.试验结果表明,水力冲孔的整个施工时间比水力割缝减少了 26.7％,在整个抽采周期内水力冲孔比水力割缝的平均瓦斯抽采浓度高出16％.     

颗粒粒径对浮选机固—液两相流场分布特征影响研究

针对充气机械搅拌式浮选机,运用CFD流体模拟软件进行了颗粒粒径对浮选机固—液两相流场分布特征的影响研究。通过模拟分析可知:离散相矿物颗粒与连续液相两相之间相互作用较小,流场分布特征基本保持一致,微细粒矿物颗粒粒径对浮选机内部固—液两相流场特性影响较小。转子及定子表面压力分布值与颗粒粒径有较大的关系,且在此处区域附近湍流动能较大,保证了矿物颗粒在该区域的较好分散性。     

采煤机喷雾嘴内流场数值模拟

选用标准k-ε湍流模型构造采煤机喷雾嘴内流场数学模型,利用软件FLUENT及其预处理软件GAMBIT计算模拟喷雾嘴的三维内部流场.通过对不同射流冲击角时的速度场分析,表明数值模拟结果与已有实验结论相符,CFD技术可为采煤机喷嘴设计提供依据.     

磨料射流喷嘴外流场磨料速度模型及分析

喷嘴外流场磨料速度是建立磨料射流冲蚀深度模型的重要前提,以磨料射流喷嘴外流场磨料为研究对象,以固液两相流理论为基础,建立了磨料射流喷嘴外流场磨料速度模型,基于位移等分法和迭代算法求解了该速度模型,利用PIV实验进行验证,实测值与理论值的平均百分比误差在5%之内。并利用该速度模型得到了磨料射流喷嘴外流场磨料运动规律:(1)磨料颗粒流在喷嘴外流场的流动具有扩散性;(2)磨料颗粒沿射流轴向运动时,大多经历了一个先加速后减速的过程,只是加速距离有所差异;(3)初始段内相同轴向距离的射流横截面上,位于等速核区域内的磨料速度相同,随后磨料速度从等速核边界朝射流边界方向逐渐减小;初始段末端及基本段内相同轴向距离的射流横截面上,磨料速度沿射流径向的分布完全呈现出钟形速度分布。     

前混合磨料射流系统液固两相流动特点

探讨前混合磨料射流两相流动特点,讨论了前混合磨料射流两相流流型,分析了磨料和水的混合机理,建立磨料粒子在混合管道和喷嘴内的运动方程并对其进行了求解,取得了一些有意义的结论。     

浮选机内气液两相流场特性数值模拟研究

基于标准k-ε湍流模型和Mixture多相流模型,对容积为20L的KYF浮选机内气液两相流场特性进行了模拟研究,并探究了搅拌强度对流场特性的影响。结果表明:Y=0截面的两相流体绝对速度、静压、液相湍流动能、液相涡流黏度等流场特性沿转轴呈对称式分布,且速度场呈上、下两循环分布;搅拌强度对混合区速度、压力、气相体积浓度分布影响显著,对上升区和分离区影响相对较小;搅拌强度每增加50rpm,混合搅拌区速度大约增大0.03m/s,上升区大约增加0.01m/s,分离区大约增加0.001m/s,转子区负压大约增加400Pa,混合区气相体积分数大约减少0.01%~0.3%;模拟研究可为协同调控浮选机内流场特性和浮选技术指标提供参考依据。     

气泡发生器喷嘴的改进及两相流数值模拟研究

为了提高浮选效果,对气泡发生器的喷嘴进行了改进,加入了螺旋叶片并利用VOF多相流模型进行了数值模拟计算,得到了速度、压力和湍动能等流场分布规律图,结果表明,有螺旋叶片喷嘴的气泡发生器具有更好的性能,大大提高了矿浆中的气泡矿化效果。     

微细水雾降尘除尘技术

为了预防控制煤粉制备系统中细煤粉的泄漏危险和爆炸事故的发生,搭建了细水雾发生测试系统,测试了不同工作压力下,1种实心锥形喷嘴喷出的水雾的喷射雾化角、流量、粒径等特征参数。结果表明：随着喷雾压力的增加,水雾流量呈线性增加,粒径逐渐减小;当压力为2.0 MPa时,水流分散成粒径足够小的细水雾,流量为19.62 L/min,细水雾中值粒径为146.3 μm。基于细水雾降尘、灭火抑爆机理,设计了抑尘抑爆系统,对煤粉制备系统不同区域的水雾供给流量、喷头数量进行了计算,研究了喷头的安装布置方式,为煤粉制备系统的安全运行提供了可靠保障。

     

准直管磨料射流喷头内流的数值模拟

基于多相流动的拉格朗日离散相模型,应用FLUENT软件对准直管磨料射流准直管静止不动、入口带圆锥收敛段的直管磨料喷头内部等温、不可压缩、稳态、液固湍流进行了数值模拟.连续相采用三维不可压缩稳态雷诺时均N-S方程,湍流模型采用标准的k-ε模型,代数方程组采用分离解方法,通过SIMPLE算法求解压力速度耦合;离散相采用拉格朗日方法追踪颗粒运动轨迹;收敛残差为10^-4.研究表明,喷头混合室内存在2个环形回流区,室内连续相呈非轴对称流动.当准直管磨料射流用于切割工作时,磨料入口应略靠近混合室的出口侧;用于超细粉碎工作时,磨料入口应略靠近混合室入口侧.     

喷嘴喷雾压力与雾化粒度关系的实验研究

对喷嘴雾化粒度的指标和雾化粒度的测定方法进行了分析,利用Winner313激光粒度分析仪设计了喷嘴雾化实验系统,对煤矿采煤工作面常用的5种喷嘴进行了5个压力下的雾化粒度测定,得到了各类喷嘴在不同压力下的D50、D90、D[3,2]等数据,根据数据分析得出：要对呼吸性粉尘有较好的捕集作用,就必须实现高压喷雾;8 MPa作为支架和煤机喷雾压力时的雾化粒度对采煤工作面降尘效果最佳。通过在综放工作面的实际应用,降尘率平均在90%以上。     

超短半径水平井钻头喷嘴多相流规律分析

为了解决高压射流钻进超短半径水平井技术中钻孔直径与钻孔深度间的矛盾问题,在考虑液固两相相间作用力的基础上,采用连续介质假设,依据液固两相双流体模型,对超短半径水平井钻头喷嘴内液固多相射流进行了模拟研究,并将结果同单相射流进行了对比。对比结果显示：单相与多相两种情况下液相轴线速度分布趋势基本相同,喷嘴轴线上湍流强度发展趋势一致;但当流动进入喷嘴直柱段并逐渐向出口运动时,单相射流液相轴线速度要低于多相情况下液相轴线速度,单相射流的湍流强度要高于多相射流条件下湍流强度;在喷嘴出口截面上,越靠近轴心液相速度越接近;反之,越靠近壁面液相速度差别越大,并且固相颗粒在喷嘴内壁附近存在速度超前滑移现象。