空化水射流空泡云长度的试验研究

在不同泵压和淹没压力条件下针对不同类型的空化喷嘴,对空化水射流的空泡云长度进行了一系列实验研究。确定了不同围压下空泡云长度随围压的增加而缩短和不同泵压下空泡云长度随泵压的增加而增长的规律。空泡云的长度还与冲蚀深度有一定的关系,即空泡云长度等于靶距和冲蚀深度之和。另外对于不同类型的喷嘴,缩放型喷嘴产生的空泡云长度比收敛型喷嘴所产生的长。     

自由磨料射流轴心磨料速度模型及分析

为了研究自由磨料射流轴心磨料速度,以自由磨料射流轴心磨料为研究对象,利用自由磨料射流轴心流体速度方程及磨料运动方程,建立了自由磨料射流轴心磨料速度模型,并基于等分法和迭代算法的数值求解方法,求解了该速度模型,得出了自由磨料射流轴心磨料速度变化规律,最后利用PIV实验对该速度模型进行了验证。结果表明:(1)自由磨料射流轴心磨料速度随着磨料运动距离的增加先增大后减小;在初始段末端磨料速度未达到速度最大值,磨料速度最大值出现在基本段内。(2)自由磨料射流轴心磨料速度PIV实测值与理论值的变化趋势基本一致;实测值与理论值的平均百分比误差和标准偏差分别小于3%和2 m/s,吻合较好,验证了模型的正确性和准确性。     

增压式脉冲水射流脉动特性可视化试验研究

脉冲水射流技术在硬岩破碎领域上具有较好的应用前景。为进一步提高脉冲水射流的破岩效率,提出了一种增压式脉冲水射流发生方法,以较小的输入压力下获取较高的脉冲压力。基于高速摄像技术及压力动态测试手段,搭建了增压式脉冲水射流外流场可视化测试系统,分别从射流压力、脉冲频率、形态及结构演变四个方面研究了增压式脉冲水射流的脉动特性。结果表明:增压式脉冲水射流是由低压连续射流段和高压脉冲射流段相互衔接而成的组合射流,射流压力大小随时间呈脉动性变化且脉动幅度可调,其脉冲射流段峰值压力随进油压力升高而增大,与增压腔初始压力无关;脉冲频率与进油压力呈幂函数增长关系,随增压腔初始压力增大最终趋于平稳;射流形态周期内演变过程具有明显的四个阶段:连续射流阶段、脉冲射流产生与发展阶段、脉冲射流稳定阶段、脉冲射流消散阶段,射流结构呈现多级脉动特征。研究结果为进一步研究和应用增压式脉冲水射流奠定基础。     

空泡在水射流中初生和溃灭的数值计算

空化水射流是一种能量集中、适用性广的地下工程开采新技术,特别是在淹没条件下对石油钻井、煤矿开采致裂等具有潜在的优势.作者基于空泡云的实验数据,通过有限差分法求解Rayleigh-Plesset偏微分方程,对比了恒定步长与变步长的计算方法,得出当压力函数变化范围较大时,采用恒定步长难以使计算结果收敛,而采用变步长的算法,不仅能成功模拟空泡初生和溃灭的循环过程,还缩短了时间步长,优势是显而易见的.