高压水射流冲击下煤体破碎强度的确定

基于球形空腔膨胀理论，将煤体在高压水射流冲击下的动态力学响应分为破碎区、裂纹区、弹性区，并分析了各区的力学特征，在此基础上得出了高压水射流冲击下煤体的破碎强度(即高压水射流发生破煤现象的最小冲击压力)的计算公式。将理论计算结果与实验和数值模拟进行对比分析，结果表明：煤体在相同力学参数条件下，数值模拟和模型实验得出的高压水射流破煤压力为15～20MPa，本文理论推导得出的煤体破碎强度(最小破煤压力)为17.86MPa，二者误差小于16%。     

高压水射流作用下岩石破碎机理及过程的数值模拟研究

根据连续介质力学和有限元理论,给出了高压水射流破岩系统中流体和岩石的控制方程,并建立了相应的有限元列式．运用连续损伤力学和细观损伤力学理论,建立了适用于水射流破岩全过程分析的岩石损伤模型以及宏细观损伤的耦合模式．数值计算的结果较真实地反映了水射流破岩过程中,岩石的动态响应以及水射流动力学特性的演化过程,普通连续水射流破碎岩石主体所用的时间为毫秒量级,破岩的主要形式是卸载及射流冲击所产生的拉伸破坏,并呈“阶跃式”发展．数值计算与相关试验结果基本吻合,表明该分析方法是可行的,可用来指导高压水射流破岩理论的进一步研究及应用．     

高速水射流与凝聚炸药相互作用的数值模拟

 利用LS-DYNA3D软件并采用Lagrange算法，对500 m/s的高速水射流与凝聚炸药的相互作用过程进行了数值模拟；对不同时刻凝聚炸药中的压力分布以及不同径向、轴向处的压力历史进行了分析；确定了所选凝聚炸药的声速。数值模拟的结果与理论分析的结果之间具有很好的一致性。模拟结果表明，在高速水射流与凝聚炸药相互作用的过程中，凝聚炸药药柱截面上的压力随径向距离的增加而降低；药柱中的最大压力出现在水射流头部附近或水射流头部的前方。     

微型超高压宝石喷嘴内部的空化与磨损

宝石喷嘴是影响超高压水射流切割系统工作效率的重要部件,而宝石内部的空化直接影响射流的形成,也是宝石磨损的重要原因之一。对400 MPa压力范围内宝石孔内部的空化两相流进行了数值模拟,阐述了射流在宝石内的形成过程,分析了长径比、压力和入口形状对宝石内空化的影响,并在相应压力下对宝石喷嘴的磨损进行了实验研究。结果表明:宝石内部的空化发展程度随着长径比的增大而减弱;在一定的长径比范围内,空化可以发展到喷嘴出口,并最终使射流的初始直径小于喷嘴直径,且在此条件下当压力升高时,射流的初始直径增大;良好的入口形线可以降低空化的发展程度;宝石入口的磨损较出口更显著,空蚀和高压水的冲蚀造成了宝石孔边缘形状的破坏,这种破坏随着压力的升高而加剧,选择合适的长径比是减少冲蚀磨损的有效途径。     

水射流冷却过程中表面热流密度的预测

建立了由内部一点测量温度值,选取多个时间步长计算未知的表面热流密度与换热系数的导热反问题算法。该算法采用有限容积法离散方程,附加源项法处理边界条件。将该计算模型应用于求解浸没水射流冷却过程中表面热流密度,将计算温度值与实验测温值进行比较验证了算法的正确性。在此基础上分析了水射流冲击过程中薄钢片表面热流密度随表面温度与时间的变化特性。     

来流脉动对自激振荡脉冲流的影响

基于瞬变流和流体网络理论建立了由往复柱塞泵,管路和自激振荡呀嘴组成的装置系统的数学模型,分析了泵源脉动对自激振荡脉冲射流振荡特性的影响,表明当来流脉动频率小于或等于嘴嘴装置的固有频率时,能提高射流的振荡,冲蚀效果,理论分析与实验结果吻合,其结论对合理设计自激振荡射流喷嘴有一定的指导意义。     

毛细喷孔超高速水射流的脉动及破碎

水切割射流的动力学特性的诸多方面尚未得到认识和理解。本文对毛细喷孔产生的超高压水射流展开可视化研究,分析了常规压力及超高压条件下毛细水射流的液体破碎机制并对超高压毛细射流的脉动现象进行了讨论。常规条件下的毛细射流遵从经典的破碎模式;在超高压条件下,射流完整段呈瑞利模式,完整段以下呈雾化破碎模式,射流集束性呈现周期性变化。结果表明,传统理论不能够表达小孔径时超高速毛细水射流的破碎特性;喷孔内部流动情况如流动分离及空化成为该条件下射流破碎和脉动的重要原因。     

道路标志线的超高压水射流清洗质量控制研究

超高压水射流道路标志线清洗是目前最有效的标志线清洗工艺,然而研究发现目前国内超高压清洗公司凤毛麟角,清洗参数设置更是毫无依据;文章介绍了超高压水射流道路除标系统,对超高压水射流道路除标质量的影响因素进行了研究,采用图像处理软件Halcon计算出清洗率,以此作为清洗质量的评判标准;针对我国目前1 mm厚度的标准道路标志线,研究分析了水射流压力、靶距、执行机构移动速度3个因素对清除标线效果的影响规律,得出结论:在移速330 m·h-1时,射流压力90和110 MPa时的最优靶距大约为27 mm,这对提高清洗效率、清洗效果、节约能源和水资源有着重要的意义。     

超高压淹没射流破岩规律实验研究

 超高压水射流在石油工业中的应用主要是超高压射流联合机械破岩。对超高压淹没射流破岩规律的研究,其目的在于为超高压PDC钻头的研制提供依据。研究发现：影响超高压射流破岩的主要因素有压力、喷距、喷嘴移动速度和喷射角度等,射流压力越高破岩效果越好,最优喷距随着压力的升高而升高,200 MPa时最优喷距达到32.5倍喷嘴直径,150 MPa时破岩效率最高,喷射角度在12.5°时破岩效果最好。     

水射流介入多组分喷流降噪仿真研究

火箭在发射升空阶段,由喷管喷出的高超声速射流诱导产生的高量级喷流噪声,严重影响火箭结构安全性和仪器设备的可靠性,因此开展高速喷流噪声环境的预测和降噪具有重要意义。针对某型液体火箭发动机喷流,采用脱体涡模型(DES)结合输运方程及离散相模型(DPM)、曲面积分的FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings)方程,建立了多组分高马赫数喷流噪声及考虑蒸发物理机制的水射流介入多组分高马赫数喷流的数值分析方法,完成了液体火箭发动机高超声速喷流流场及喷流噪声环境的预测,结果显示在测点处总声压级预测结果与试验测量结果误差在±3 dB之内。进一步设计了环形水射流喷流降噪系统,开展了考虑蒸发物理效应和复杂导流槽构型影响下的水射流介入高速喷流降噪规律研究,发现水射流对燃气射流产生剪切作用、动量交换作用以及吸热蒸发作用是实现降噪效果的重要原因,降噪效果随水射流质量流率增大单调升高,而随介入角度的增大先升后降。本研究对水射流介入系统的设计与工程实践具有重要意义。