用于煤矿安全切割的前混合磨料射流加速机理研究

前混合磨料射流具有切割各种材料无火花、所需设备压力低以及操作简单等优点,具有广泛应用井下安全切割的功能。笔者根据建立的磨料粒子运动方程,推导出具有普遍意义的匀速流场内粒子路程函数以及用数值分析法求解出粒子在喷嘴内的速度;通过理论分析和具体的数值计算,磨料最主要的加速过程是在收缩段内完成,磨料粒子从喷嘴喷出时已能高达水流速度的95 %以上,磨料粒子在离开喷嘴在射流的核心段内仍将继续得到加速;同时发现,在条件允许的情况下,喷嘴的收缩段应适当长些,喷嘴圆柱段长度为喷嘴出口直径的2 .5～3.0倍最合适。     

前混合磨料射流切割系统的研究

磨料射流切割系统具有很多独特的优点并有广阔的应用前景。通过对几种前混合磨料射流切割系统的分析探讨，提出了在工业应用前必须解决的三个问题：喷嘴磨损、磨料浓度的调节控制和磨料输入，以及解决这些问题的一些方法。     

磨料特性对磨料气体射流破煤影响的实验研究

针对磨料气体射流,基于气固两相流理论分析影响磨料速度的因素,在一定喷嘴结构基础上,通过实验研究磨料特性对破煤效果的影响。通过理论分析发现,影响磨料速度的主要因素有磨料密度和磨料粒径。实验结果表明:在射流压力一定条件下,石英砂、石榴石和棕刚玉3种磨料中棕刚玉破煤深度最大,在80,120,200和280目4种不同目数磨料中,120目磨料破煤效果最优。通过分析磨料特性的影响,得出磨料硬度对破煤的影响最大,其次是磨料密度。开展磨料气体射流破煤实验,确定了磨料气体射流中最优射流靶距为70 mm,最佳破煤磨料为120目的棕刚玉磨料。     

前混合式磨料射流及其切割特性

本文讨论了前混合式磨料射流发生装置的工作特性，给出了一种新型供料系统，能实现磨料可靠均匀地供给，并可以方便、准确地调节磨料浓度。在此基础上研究了压力，喷嘴直径、靶距等多种参数对前混合式磨料射流切割特性的影响，给出了这些参数的选取范围及评价方法。试验中使用的切割材料有石灰岩、钢材、铝材以及五种强度的混凝土试块。     

脉冲磨料射流的基本理论与试验

脉冲磨料射流是在脉冲射流和磨料射流基础上发展起来的新型射流型式。磨料速度受脉冲频率和幅度影响很大,磨料在脉冲射流状态下的能量交换和加速效果优于普通磨料射流,磨粒速度可超过前喷嘴喷出的射流的速度。本文讨论了脉冲磨料射流的结构和工作原理,初步建立了磨料在脉冲射流中的运动模型,分析了主要参数对磨粒加速效果的影响。理论与试验研究表明,脉冲磨料射流的切割效果优于普通磨料射流。本研究有望开发出新型射流型式和装置,推动新一代切割及加工技术的产生。该成果可用于坚硬物料的切割和特种加工、石油钻井、大洋采矿、难采矿体的开采、坚硬岩石巷道（隧道）掘进、表面清洗等领域。     

自激振荡磨料射流的研究

本文研究了水射流的卷吸机理以及自激振荡对磨料射流的影响，提出通过自激振荡发展大涡，把磨粒粒子卷入射流束内，增大磨料的卷吸量和磨料粒子的运动速度，变连续磨料水射流为脉冲磨料水射流，改善磨料水射流的工作能力。根据实验，切割速度与连续磨料射流相比提高了２倍。     

自激振荡磨料射流的基本理论与初步试验

自激振荡磨料射流是在自激振荡脉冲射流和前混合磨料射流基础上,提出的新型射流。为此,重点讨论了自激振荡磨料射流喷嘴的结构和工作原理,分析了脉冲频率和幅值等参数对磨粒加速效果的影响。根据初步研究表明,磨粒速度受脉冲频率和幅度影响很大,磨粒速度可超过前混合磨料射流中磨粒的速度,最大钻孔速度比前混合磨料射流提高４１％ 。这一成果有望用于坚硬物料的切割和特种加工、石油钻井、大洋采矿、难采矿体的开采、坚硬岩石巷道（遂道）掘进、表面清洗等领域。     

磨料形状对磨料气体射流冲蚀性能的影响研究

为明确磨料形状对高压磨料气体射流冲蚀效果的影响规律,基于LS-DYNA数值分析了磨料冲蚀靶体应力分布,根据横向裂纹和纵向裂纹建立了考虑磨料球形度的磨料射流冲蚀体积计算模型;分析了磨料形状的球形度,通过高压磨料气体射流破岩实验得出了磨料形状对冲蚀体积影响规律;对比分析理论计算结果和实验数据,验证计算模型吻合度较高,模型数学形式简单,且具有较好的工程适用性;结合理论分析和实验结果得出,磨料形状对冲蚀效果具有显著影响,随磨料球形度的增大,冲蚀体积呈指数增加;在相同冲蚀粒子数以及冲击动能情况下,磨料粒子球形度越高,棱角越尖锐,冲蚀体积越大。为高压磨料气体射流的磨料优选提供理论依据,冲蚀性能预测提供简易算法。     

前混合式磨料射流系统的容积效应及有关安全问题

前混合式磨料射流系统具有明显的容积效应。通常情况下 ,系统在停止工作压力降低时 ,磨料罐将排出约 1 L的浆液 ,在长 5 m以上的管路中淤积 ;重新工作时 ,将造成喷嘴和管路的严重磨损 ,甚至造成堵塞 ,使系统不能正常工作。为此 ,笔者提出了一种新型的射流发生系统 ,改善系统的容积效应 ,在其停止工作时 ,采用了磨料罐从上方排出清水以降低系统压力方法 ,改善磨料大量涌出和管路淤积现象 ,同时也对管接头等磨蚀引起的有关安全问题进行了讨论。     

循环磨料射流综合理论分析

循环磨料射流是磨料射流的一种重要形式。循环磨料浆液被高压水加速后直接输入喷嘴，构成具有强大打击力的磨料射流；特别适用于锻件、轧制件的除鳞除锈，铸件清砂等表面处理。要保证循环磨料射流在工业中应用，必须首先解决两个关键问题，即循环磨料射流浆体在管路中的正常流动、磨料的悬浮与沉降规律以及过碎的微小磨粒的剔除，以满足高效、连续的作业。本文论述了循环磨料射流的工作原理和主要工作参数的确定方法。     

基于量子遗传算法的液压支架喷雾效率的参数优化设计

为了提高综采工作面液压支架喷雾的降尘效率,通过分析影响支架喷雾降尘效率的因素,以支架喷雾效率最高为优化目标,利用量子遗传算法对喷嘴到产尘点距离,雾化角度,喷雾压力,喷嘴个数,喷嘴直径多参数进行优化。结果表明:液压支架的采煤机移动喷雾降尘效率增加了1306%,液压支架上的移架/放煤喷雾降尘效率增加了1333%。此研究对于支架喷雾降尘系统的设计,参数的合理选取有一定的参考价值。     

影响双喷嘴旋转速度的参数研究

研究和分析了双喷嘴旋转速度方程,探讨了旋转速度与诸参数间的依存关系,并给出了参数的取值范围。为控制旋转射流的速度,提高清洗效率,提供了科学依据。     

受限空间水幕隔热阻烟性能的试验研

为了研究消防水幕衰减火灾热辐射和阻隔火灾烟气蔓延的隔热阻烟特性,基于搭建的3 m× 3 m × 2.5 m（长×宽×高）小尺寸试验平台,开展大量实体火灾试验,研究水幕作用下空间温度分布特性以及烟气运动规律,并重点分析了喷头压力和喷头类型2种参数对水幕隔热阻烟性能的影响。结果表明:实施水幕分隔对火灾上层高温烟气具有明显的降温作用;实施水幕能够有效阻止火灾烟气的前期扩散;喷头压力越大,水幕的隔热效率越高,当喷头压力增大至0.6 MPa时,水幕的隔热效率可达70%以上;使用ZSTWC撞击式水雾喷头比ZSTM-AT式扇形水幕喷头更有利于形成均匀分布的水幕断面。     

障碍物遮挡条件下细水雾与油池火相互作用的实验研究

障碍物影响下细水雾灭火有效性的研究具有重要的意义。研究了障碍物与火焰的相对位置、细水雾工作压力、喷头距离火焰垂直距离及水平距离等因素对灭火有效性的影响,以及细水雾作用下火灾烟气中一氧化碳、二氧化碳及氧气浓度的变化规律等。结果表明:高压细水雾可以有效扑救部分有障碍物遮挡的油池火,同时喷头距离火焰的水平距离和垂直距离也显著影响着细水雾的灭火速度;高压细水雾在灭火过程中火场的氧气浓度明显升高,二氧化碳和一氧化碳浓度明显降低;细水雾工作压力较低时,一氧化碳浓度反而有所增加。     

Application of CFD on the sensitivity analyses of some parameters of the modified Hartmann tube

The aim of this work is to determine the influence of operating parameters such as the dispersion pressure, the ignition delay and height on the dust flammability. A Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation, based on an Euler–Lagrange approach, was developed with Ansys Fluent™ and validated experimentally. Such analysis will facilitate the choice of the most conservative conditions for a flammability test. This paper is focused on a case study performed on wheat starch with the modified Hartmann tube. The dispersion process of the powder was studied with granulometric analyses performed in situ and high speed videos. Tests were performed with injections at gas pressure ranging from 3 to 6 bars and the evolution of the particle size distribution (PSD) was recorded at different ignition heights (5, 10 and 15 cm over the dispersion nozzle). The observations highlighted the presence of agglomeration/deagglomeration processes and dust segregation. Besides, a CFD simulation analysis was aimed at evaluating the impact of a set of parameters on the PSD and the local turbulence, which are closely linked to some flammability parameters. For this computational analysis, the CFD simulation was coupled with a collision treatment based on a Discrete Element Method (DEM) in order to consider the cohesive behavior of the combustible dust. Thus the results suggest performing the injection of the gases at approximately 5 bars for the flammability tests of wheat starch in order to obtain the finest PSD at a given ignition height. It is also shown that the finest PSD are obtained at 5 cm over the dispersion nozzle. However, the local instabilities and turbulence levels are so high during the first stages of the dispersion that the flame growth can be disturbed for short ignition delays. Moreover, the stabilization of the bulk of the dust cloud requires longer periods of time when the ignition sources are located at 15 cm. As a result, the recommended height to perform a flammability test is 10 cm in this case. Finally, this study proposes some tools that might improve the procedure of dust flammability testing.     

喷雾碰壁液膜蒸发三维数值模拟

针对喷雾过程喷注碰壁形成的液膜蒸发现象进行研究,通过理论分析和实验为数据建立了相应的数值计算模型。在典型浴盆型燃烧室内,采用一个四孔喷嘴进行高压喷雾,给定初始涡流比和燃烧室壁四温度,对包含液膜蒸发的喷雾过程进行详细的三维数值模拟,获得了液滴轨迹图以及空气运动速度的空间分布和时间进程,为研究空气运动和壁温等参数对喷雾过程和液膜蒸发过程的影响以及它们之间的相互耦合作用打下了坚实的基础。     

A simple,explicit formula for the critical pressure of homogenous two-phase nozzle flows

The critical pressure ratio of the homogeneous two-phase nozzle flow model known as the Omega method is expressed in function of the Omega Parameter as the exact numerical solution of a transcendental equation. A well fitting, easy to use, explicit approximation for flashing and non-flashing flows is presented here. The validation against the exact numerical solution proves that this new formula is better fitting than the other ones in the technical literature for both single and two-component flows.     

300MPa超高压往复密封的试验研究

水切割设备的运行可靠性，在很大程度上取决于超高压往复密封。笔者对３００ＭＰａ超高压往复密封设计的是，采用锥形套筒与填料问置的组合密封，即利用锥形套筒的弹性变形在柱塞与套筒之间产生难以加工的间隙，造成很大的压降Ｐ，然后再利用填料密封。填料采用填充ＰＴＦＥ和铅箔。静密封也采用金属斜面密封。密封参数──压力：３００ＭＰａ，流量：２Ｌ／ｍｉｎ，介质：清水加３—５％乳化液，喷嘴直径：０．２５ｍｍ。