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。     

基于高压水射流分布特性的清洗参数选择

针对高压水射流清洗参数选择简单盲目的问题 ,通过高压水射流动压和流量分布特性以及水射流清洗机理的分析 ,揭示了水射流清洗过程中存在的水射流冲击压力、持续作用时间和能量散布等临界条件要求 ,明确了从工艺参数选择、射流分布特征到清洗效能之间的相关关系 ,为清洗过程分析提供理论依据 ;并基于临界动压与高压水射流动压分布规律 ,推导了最佳靶距和最大清洗宽度估算公式 ;对清洗工作压力、入射角度、清洗靶距、横移速度等清洗工艺参数的选择进行了分析 ;简化并优化了清洗参数选择方法。     

围压作用下自振空化射流脉动特性实验研究

就围压下自振空化射流动压力特性进行了实验研究,其实验结果表明：在围压作用下,自振空化射流脉动幅度存在最优喷距,并且最优喷距随围压的增大而增大;在压降一定情况下,脉动幅度随围压的增加而减小;在围压和压降一定时,自振空化射流的最大冲击压力明显高于普通连续射流;自振空化射流的脉动频率,基本不随围压、压降和喷距的变化而变化,在本实验条件下,基本保持在１．３８ＫＨｚ 左右     

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。     

旋转射流破岩钻孔机理研究

综合利用实验方法和数值模拟技术,研究了旋转射流的结构特性及井底流场分布,证明了旋转射流具有三维速度,且其速度最高部分,集中在离开射流轴心一定半径的一环形区域上,射流呈扩散状,其冲击面积随喷距的增大而大幅度增加。旋转射流破岩钻孔的机理不同于普通圆射流,它以剪切破碎为主,伴以冲蚀、拉伸破坏和磨削等多种形式,因而具有很高的破岩效率。破岩首先从对应着射流能量最高的环形区域开始,并逐步向内、外扩展,形成凸锥状的孔底。研究表明旋转射流在破岩钻长连续孔眼方面具有极大的优势     

射流泵式切割装置的理论及试验研究

提出了射流泵式切割装置及其设计理论。该装置能较好地诱发气蚀。在非淹没条件下,对该装置与普通单喷嘴装置进行了对比试验。试验结果表明,在相同的工作条件下,射流泵式切割装置比普通单喷嘴切割装置能耗低,切割深度大。据此试验结果,提出了射流泵式切割装置的最佳工作参数     

碰撞剪切流动中波速对自激振荡射流频率的影响

在许多工程应用中都需了解流体的自激振荡特性 ,而其振荡频率与压力波传播速度密切相关。笔者从理论上分析了自激振荡射流中碰撞剪切流动压力扰动波的传播速度及其对射流振荡频率的影响规律 ,结果表明 :波速随着流体中气体含量的增加而急剧减小 ,随压力的增大而增大。波速减小使得射流的振荡频率也减小 ,实验结果与理论分析一致     

空气幕对地铁隧道火灾温度及流场的影响研究

为探明空气幕对地铁隧道内温度及流场分布的影响,通过火灾动力学求解器(FDS)研究不同火源热释放速率(HRR)、空气幕射流速度和射流角度下隧道内纵向温度、拱顶最高温度及流场分布。结果表明:火源HRR为10、15和20 MW时,空气幕射流速度至少为16、18和20 m/s才能保证烟气控制效果;当射流角度小于45°时,增大射流角度能加速拱顶温度衰减;当射流角度大于45°时,射流角度对拱顶温度衰减的影响很小;拱顶最高温度随着射流速度增大而减小,随着射流角度的增大而增大,射流角度通过影响火源与空气幕之间的旋涡来改变隧道内的温度分布。     

落石冲击作用下架设油气管道响应分析

针对影响油气管道安全运营的落石冲击问题,基于弹塑性力学、Cowper-Symonds本构模型和有限元方法,建立了球形落石冲击油气管道的计算模型,对管道动态响应过程进行了数值模拟。对冲击速度、落石半径、管道内压力和落石冲击位置进行了参数敏感性分析,研究了各参数对管道冲击变形的影响规律。结果表明:落石的冲击能量主要用于管道塑性变形;冲击过程中,落石与管道的接触区域由初始的椭圆斑逐渐变成了椭圆环;管道塑性变形随着冲击速度和落石半径的增大而增大,随内压和落石偏移度的增大而减小。该研究工作为油气管道的安全评价及防护工程的设计提供了参考依据,对保障油气安全运输具有重要的工程意义。     

中伸式喷嘴同轴圆湍射流近场区流场的数值模拟

中伸式同轴射流喷管应用于脉冲袋式除尘器可以增大脉冲射流的卷吸气量[1]。运用Fluent软件中的大涡模拟(LES)方法模拟了传统同轴射流和3种中伸式喷嘴同轴射流的近场区流场特性,中伸式喷嘴的长度L分别为2.5Di、5Di、7.5Di,Di为中心射流管管径,中心射流的Re为4 470。结果表明:中心射流管中伸长度在2.5Di的工况下,中心射流的核心长度与传统同轴喷管中心射流的核心长度相差不大;随中心射流管中伸长度增加,射流的核心长度变短,径向速度衰减更快,并且湍动能分布更加不稳定;随中心射流管中伸长度增加,轴线上距中心射流管喷嘴相同距离处的监测点的速度功率频谱波峰值增大,且波峰值所对应的频率减小;在相同中伸长度工况下,随距中心射流管喷嘴距离增加,监测点的速度功率频谱的波峰值增加,波峰值对应的频率没有变化。     

过热液体储罐泄漏闪蒸射流行为特性试验研究

为了研究高温高压过热液体在意外情况下发生的两相泄漏问题,基于两相泄漏试验平台,采用高速摄影仪和粒子动态分析仪(PDA),分析不同储存条件(储存压力、过热度)和泄漏条件(泄漏口尺寸)下,过热液体储罐泄漏过程中闪蒸射流行为特性。结果表明:闪蒸射流喷射角在泄漏过程中先逐渐增大,然后保持稳定,当罐内过热液体即将完全泄漏时,喷射角将发生突扩,随后迅速减小直至泄漏结束;泄漏过程中,闪蒸射流液滴三维速度随储存压力、过热度及泄漏口尺寸的增大而增大;过热度和泄漏口尺寸越大,液滴粒径越小,液滴粒径随着储存压力增大而增大。     

一种细水雾喷雾除尘装置除尘性能影响因素数值模拟

为探究细水雾喷雾除尘参数对除尘性能的影响，构建欧拉气相-欧拉粉尘-离散雾滴相耦合的3相流计算模型，同时考虑除尘过程中雾滴蒸发的影响，在气液固3相耦合基础上加入蒸发模型。将建立的模型与文献中的试验数据进行对比校验，数据偏差在15%内，表明所建模型可靠。基于建立的模型，开展了雾滴粒径、雾滴速度、尘域环境温度、风机风速等参数对除尘性能影响的模拟研究。结果表明：1)在模拟范围内，考虑雾滴蒸发综合作用影响下，较大雾滴粒径时，喷雾除尘效率随雾滴粒径的减小而增大，当雾滴粒径小于20μm时，喷雾除尘效率随雾滴粒径的减小而减小；2)喷雾除尘效率随雾滴速度的增大而增大，但当雾滴速度增加到25 m/s以上时，喷雾除尘效率随雾滴速度的增大而减小；3)喷雾除尘效率随尘域环境温度的升高而下降；4)喷雾除尘效率随风机风速的升高而下降。研究结果可为细水雾喷雾除尘装置的设计与使用提供理论参考。     

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。     

压力旋流喷嘴雾化特性数值模拟

为了改善生产作业环境,针对喷雾降尘作业运用最为广泛的1.5 mm孔径压力旋流喷嘴进行模拟仿真以研究雾化压力对雾化效果的影响。研究表明:在压力旋流喷嘴的雾化场中,沿喷嘴轴线方向,随着轴向距离的增大雾滴粒径不断增大、雾滴速度逐渐减小;在距喷嘴一定距离的横截面上,雾滴径向速度由中心向边缘先增大后减小,雾滴粒径随着径向距离的增大而增大,但增幅较小;同一孔径的喷嘴,随着喷雾压力的增加,雾滴轴向速度、径向速度均不断增加,速度衰减速率也增大;雾滴粒径随着喷雾压力的增大而减小,当喷雾压力达到一定数值时,继续增大喷雾压力,雾滴粒径减小幅度较小。     

水流作用下悬挂式防污帘有效深度数值模拟

水流与结构相互作用下的防污帘有效深度是影响其防污效果的关键因素.为探究防污帘有效深度随流速等参数的变化,基于ADINA软件动网格控制技术,结合双向流固耦合方法建立悬挂式防污帘大变形二维有限元数值模型,以分析流速、帘长及配重对防污帘有效深度的影响规律.运用防污帘变形倾角,描述悬挂式防污帘在不同负载下的变形特征,并回归拟合防污帘相对有效深度的预测经验公式.结果表明:悬挂式防污帘相对有效深度随流速增大而减小,随相对帘长与配重的增大而增大;倾角随流速与相对帘长的增大而增大,随配重的增大而减小.     

拐弯角度对瓦斯爆炸诱导煤尘爆炸的影响研究

为研究瓦斯爆炸诱导煤尘爆炸在不同拐弯巷道内的传播特征,首先采用不同角度拐弯管道模拟煤矿井下拐弯巷道结构;然后利用煤尘爆炸试验系统,通过试验监测管道内不同位置的冲击波压力值和火焰传播速度值;最后研究不同拐弯角度管道内瓦斯爆炸诱导煤尘爆炸冲击波和火焰在拐弯前后的变化特征。结果表明:瓦斯填充长度一定的情况下,沉积煤尘爆炸冲击波峰值超压先减小后增大,到达管道拐弯后,急剧减小;冲击波峰值超压衰减率随着管道拐弯角度的增大而增大,角度越大,峰值超压衰减越快;火焰传播速度先增大后减小,经过拐弯管道后,速度突然增加;火焰传播速度变化率随拐弯角度的增大而增大,角度越大,速度增幅越大。     

高压水射流冲击煤体损伤的数值模拟研究

为研究高压水射流破煤过程中煤体的损伤状态及压力的分布状态,论文采用J-H-C含损伤本构模型,水射流采用Bridgman状态方程,通过拉格朗日-欧拉有限元法模拟计算高压水射流冲击煤体的损伤机制,得出了煤体在高压水射流冲击作用下不同时刻的损伤变化情况。结果表明,煤体在高压水射流作用下,在接触点两边形成"肺叶状"负压力区,煤体所受压力逐渐减小;冲击速度和产生的损伤随时间变化逐渐减小,损伤主要集中于坑洞底部。     

山脚地形下天然气管道泄漏扩散的特性分析北大核心CSCD

为了研究山地天然气管道泄漏扩散的影响情况,掌握山地管道泄漏扩散的规律,以西南山地天然气管道沿线高后果区为工程背景,建立山脚地形下管道泄漏扩散模型,采用计算流体动力学(CFD)软件Fluent研究不同泄漏孔径、不同风速对山脚地形下泄漏扩散的影响情况。结果表明:随泄漏孔径增大天然气射流核变粗、变长,射流初始截面和初始速度变大,射流的高度和幅度也变大,泄漏的影响区域变大;随泄漏孔径增加山脚地形下射流中心线的偏转程度变大,山脚处聚集的甲烷质量分数越来越高;在有风条件下,风速作用使甲烷在山脚处产生了聚集,且聚集的甲烷质量分数超过使人窒息的甲烷质量分数10%,随风速增大山脚处甲烷聚集的质量分数先增加后减小,且沿山坡向上扩散的甲烷质量分数先增加后减小。     

大空间仓库堆垛特性对水炮雾状射流灭火性能影响的实验研究

大空间堆垛储物仓库的消防安全日益引起重视,自动消防炮灭火系统已广泛应用其中。堆垛物遮挡和柱状射流特性对水炮灭火有影响,雾状射流由于覆盖区域增大可提高灭火效率,堆垛特性可能会影响雾状射流灭火效果,目前缺乏相关研究。通过预喷水、布水和灭火实验研究大空间仓库堆垛特性对水炮雾状射流喷水强度分布和灭火性能的影响。结果表明:该文所研究自动消防炮(安装高度8m,雾化角度90°)在5m至15m射程间,能够有效扑灭或控制大空间仓库火灾;喷水强度和有效保护面积随射程的增大而减小,仓库危险级Ⅰ级和Ⅱ级储物高度为3.0m-3.5m时有效保护面积在5m射程处分别为27.5m2和25.5m2;堆垛高度一定时存在最小堆垛间距,小于此值时火灾将不能被扑灭或控制。