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。     

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。     

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。     

前混合式磨料射流喷嘴的基础研究

本文对前混合式磨料射流喷嘴进行了较为系统的研究。利用液固两相流的理论进行了磨料射流喷嘴内的流动分析，采用无量纲分析法，列出磨料粒子在喷嘴内的质量方程、运动方程和能量方程，编写了计算程序，通过计算机进行数值求解，发观了喷嘴收缩段锥角、磨料浓度对磨料粒子的加速、压力损失以及能量传递效率的影响，确定出了最优参数。根据理论分析，对几种不同几何形状、不同几何参数的喷嘴，通过改变压力、磨料浓度等参数进行寿命磨损试验，定期测量其磨损，观察喷嘴内部的磨损状况，研究了喷嘴材料、几何参数及动力参数对喷嘴磨损的影响，发现了一些新现象，通过对试验数据的分析，得出了一些有价值的结论。     

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。     

三相磨料射流的研究

水射流技术的研究与开发，日益受到许多国家和国际财团的重视。关于磨料射流技术，经试验和应用证明，普遍认为具有广泛推广价值和光明的发展前景。笔者在借荐和总结国内外多相流理论研究成果及试验的基础上， 针对磨料射流特点，提出了一种新射流技术，即三相磨料射流技术。论述了三相磨料射流产生原理，并对垂直管内形成的气－ 固－ 液三相流态做了分析； 根据适合射流的特点，找到了适用于射流技术的两种流态—气泡流和团状流，并得到了此两种流态的动力特征，为将来的工业试验及商业性应用在理论上提供了一定的依据     

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。     

一种新型有压浆体磨料循环装置

介绍一种适用于工业生产的“有压浆体磨料循环装置”。经调试及试生产，装置运行正常，管路中浆体磨料输送连续、畅通。基本上解决了磨料射流研制中磨料输送的技术关键。     

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。     

淹没条件对连续射流破碎含瓦斯煤效率影响研究

为研究淹没条件对射流破煤效率的削弱程度,基于ALE算法,借助Ansys/Ls dyna模拟软件,建立围压状态下非淹没及淹没射流破碎含瓦斯煤体流固耦合模型,通过动态追踪破碎坑体单元失效演化过程及内部应力分布等瞬时信息,探讨2种射流状态下破煤成坑过程及破煤效率的差异。研究结果表明:淹没射流与非淹没射流两者破煤坑体形态差异显著,非淹没射流条件下射流破煤坑体断面较窄,深度较深,破煤效率前后阶段差别不大;淹没射流条件下射流破煤坑体断面较宽,深度较浅,在初始阶段形成漏斗状的破碎坑体,而后逐渐向下延伸,在0～100 μs内破煤效率最高;相同工况、同一时间内,淹没射流平均破煤深度是非淹没射流平均破煤深度的41.46%。研究结果可为水射流技术的现场应用提供参考依据。     

淹没状态下高压水射流破岩效率分析

为研究淹没状态下射流参数对射流破岩效率和安全性的影响,基于流体力学、弹塑性力学及岩石力学,通过流固耦合罚函数算法建立淹没状态下水射流冲击岩石数值计算模型。通过理论分析和实际试验对比验证所建模型。对不同工况下淹没射流冲击岩石进行数值模拟,探讨不同射流参数对破岩效率的影响。结果表明:随着射流速度的增大,破岩效率先后经历线性增长阶段和平稳增长阶段,岩石冲蚀深度变化具有一定相似性;岩石的冲蚀深度随靶距的增大而迅速减小,冲蚀孔径随靶距的增加而增大,冲蚀体积呈先增大后减小的变化趋势;射流直径对破岩效率的影响主要表现在冲蚀孔径上,对冲蚀深度几乎没有影响。基于正交设计试验,得到不同射流参数敏感性大小依次为:射流速度,靶距,射流直径。     

自进式旋转钻头钻孔修复理论及关键参数研究

瓦斯预抽钻孔在抽放过程中经常出现塌孔、堵孔等现象。针对这一问题,提出采用自进式旋转钻头修复失效钻孔的新方法。其利用自进式旋转钻头后置喷嘴的喷射反冲力作为动力,自行至钻孔堵塞段处,前置喷嘴形成的高压水射流对堵孔煤渣进行破碎,将其与水混合返出孔外,实现清孔排渣、钻孔修复的目的。对自进式旋转钻头钻孔破煤清渣的临界射流压力及流量进行分析,基于摩擦动力学计算钻头自驱的临界射流压力,在此基础上设计钻头结构及优化喷嘴布置,数值分析不同喷嘴组合情况下射流速度分布,得出最优喷嘴布置方式。并应用于鹤煤八矿-655轨道石门揭煤瓦斯预抽,实验结果表明:该方法能够实现失效钻孔的修复,并有效的提高了瓦斯抽采效果,缩短了瓦斯抽放时间。     

水射流卸压增透钻孔布置优化分

水射流割缝卸压增透时存在淹没射流和非淹没射流两种情况,导致煤体上下割缝半径不同,若仅根据一种半径进行钻孔布置,则易出现抽采空白带或增大工程量等问题。为此,提出基于淹没射流和非淹没射流不同破碎半径的钻孔布置新工艺。在分析两种射流速度场分布的基础上,理论计算了两种射流破碎半径,对比分析得出非淹没射流与淹没射流的破碎半径之比是1.48∶1。运用comsol数值模拟软件,建立数值模型,分析了两种射流并存情况下的瓦斯压力变化,并与不考虑淹没射流时抽放数据进行对比分析,结果表明,两种射流并存时抽采范围为不考虑淹没射流的86.5%。根据分析结果,提出应采用交叉割缝的方式,同一行中相邻两割缝终孔间距为7.5 m,相邻两行中,垂直间距相隔5.8 m,且两端割缝中心相错3.75 m的布孔方案,并用comsol进行验证,结果表明,交叉割缝布孔具有较好的抽放效果。     

瓦斯压力对煤与瓦斯射流突出能量的影响

瓦斯压力是煤与瓦斯突出的主要动力源,其与突出能量的关系尚不明确。将煤与瓦斯突出视为煤-瓦斯气固两相射流突出,在分析煤与瓦斯射流突出过程的基础上,建立了煤与瓦斯射流突出数值模型,给出了突出能量表达式。通过理论分析、数值模拟相结合,得到了瓦斯压力对煤与瓦斯突出能量、突出强度、瓦斯涌出量等参数的影响规律。结果表明,突出发生时,突出能量具有波动性,即以突出口为界存在能量集聚骤升区和能量释放衰减区。能量集聚骤升发生在突出孔洞至突出口段,瓦斯-煤两相流突出速度成倍增大;能量释放主要发生在突出口附近和巷道中,瓦斯-煤两相流突出速度逐渐减小。煤与瓦斯射流突出产生强烈涡旋,在顶板、底板处尤为显著,与现场观察到的突出后顶板有摩擦和划痕、底板突出煤粉有分选现象一致。瓦斯压力与突出能量间呈线性增加关系,与突出强度和瓦斯涌出量均呈幂指数增加关系。计算得到的煤与瓦斯射流突出能量量级与前人结论基本吻合,结果可为煤与瓦斯突出能量预测提供参考。     

前混合式磨料射流清洗油管涂料的实验研究

研究结果表明，前混合式磨料射流清洗油管涂料的清洗效率随喷嘴直径的增大而增大，喷距、喷射角和颗粒直径最佳参数值分别为１５０ｍｍ、１２０℃（或６０℃）和０．８ｍｍ。