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相似文献
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1.
为了揭示超临界CO2磨料射流流场特性,利用计算流体动力学模拟软件,对超临界CO2磨料射流结构及不同因素对射流流场的影响规律进行了研究。结果表明:超临界CO2磨料射流轴向速度和冲击力随着喷距的增大,先增大后减小,即存在最优喷距,喷射压差为10~30 MPa时最优喷距为3~6倍喷嘴直径;喷射压差一定时,围压由10 MPa增至30 MPa对射流速度场及液相冲击力会造成较小的负面影响。通过超临界CO2射流破岩实验对上述2因素进行了辅助对比验证;流体温度由333 K增至413 K,固液两相轴向速度增大,而流体密度降低,导致液相冲击力减弱;磨料浓度由3.0%连续增至11.0%,射流固液两相轴向速度逐渐降低,降幅逐渐减小。  相似文献   

2.
钻井液中加入体积分数为1%~3%的钢质粒子在钻头喷嘴处高速喷出冲击岩石,实现了粒子射流冲击和钻头机械联合破岩,有效提高了破岩效率。利用瞬态非线性动力学有限元模拟软件,基于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法,考虑流体对粒子射流冲击的影响,建立了粒子射流冲击破岩的物理模型,获得了粒子射流参数对破岩体积的影响规律,进行了室内实验验证,验证了SPH方法的有效性。结果表明:粒子射流冲击岩石表面形成规则的V型冲击坑;同条件下粒子射流破岩体积是水射流破岩体积的2~4倍;随着粒子射流冲蚀时间的增加,粒子射流破岩体积不断增加,但破岩效率降低;粒子射流压力大于10 MPa后,粒子射流破岩效率迅速增大;喷射角度大于6°后,破岩效率迅速减小。  相似文献   

3.
为了探究抑制氢气喷射火的有效方法,并揭示氮气射流对氢气喷射火焰的影响规律,开展了一系列氮气作用下氢气喷射火实验。采用喷嘴直径为3mm、滞止压力为10atm的氮气射流,并改变氮气喷射高度和水平喷射距离,对氢气喷射火进行抑制。选择2种典型的氢喷射火,分别为喷嘴直径为3mm、滞止压力为0.1atm的过膨胀亚音速火焰和喷嘴直径为1mm、滞止压力为8atm的欠膨胀超音速火焰。实验结果表明,在氮气射流作用下火焰发生偏转,氢气喷射火长度衰减率随氮气喷射高度增大而减小。当氮气作用于火焰根部时,能有效地扑灭氢气喷射火。随氮气喷射距离增加,氢喷射火长度衰减率减小。另外,欠膨胀超音速氢气喷射火存在火焰抬升现象,氮气更易使喷射火熄灭,且在较大的水平喷射距离下仍能使火焰熄灭;过膨胀亚音速氢气喷射火由于抬升高度不明显,氮气射流灭火效果较差,仅能够在较小的水平喷射距离下使火焰熄灭。  相似文献   

4.
为提高超临界CO2气爆低渗透煤层增透技术的应用水平,进一步研究超临界CO2气爆煤体致裂机理,利用自主研发的超临界CO2气爆装置,在多通道电液伺服相似材料试验台上,对原煤和混凝土大试件(1 m×1 m×0.5 m)进行了超临界CO2气爆实验,用动态应变仪采集试件内部监测点处的变形和破坏信息,并用工业窥镜对爆破孔内裂隙分布进行了观测。分析气爆应力波的变化规律和气爆后试件的破坏形貌特征可知,距离气爆孔由近及远依次分为粉碎区、裂隙区和震动区,其形成机理为:超临界CO2冲击气爆孔周围介质并形成远超介质抗压强度的球面纵波,介质在径向压应力作用下发生粉碎性破坏,形成粉碎区;应力波传播能量逐步衰减,不足以使介质产生压缩破坏,然而脆性材料抗压不抗拉,其产生的环向应力仍然使介质产生径向裂隙,应力波之后具有准静态加载作用的高压CO2气体进入裂隙形成气楔,促使裂隙进一步发育和扩展,形成裂隙区;裂隙区以外的介质在低能量应力波的作用下只发生震动,未发生明显破坏,即震动区。裂隙的扩展速度与其到气爆孔距离符合“S”形曲线衰减,裂隙的高速扩展发生在粉碎区,低速扩展发生在裂隙区;距离气爆孔越远,测点的峰值应变越小,相同距离内节理裂隙等结构面越复杂,峰值应变减小的幅度越大且应变波形差别越大。  相似文献   

5.
崔雄伟  陈莹玉  苏标  马春龙 《爆炸与冲击》2020,40(11):111404-1-111404-12

水下爆炸气泡射流载荷是中近场水下爆炸壁压载荷的重要组成部分, 将水下爆炸气泡射流简化为一段高速水柱来研究水下爆炸气泡射流载荷特性是研究水下爆炸气泡射流载荷的主要手段。本文基于腔内爆炸提出了一种新的高速水射流实验方法,并给出了实验装置设计、实验方法以及实验系统。基于实验系统,开展了不同工况下高速水射流的实验研究,研究了腔口位置、腔深对水射流形态的影响,并对水射流的形态形成因素进行了分析。使用压电型壁压传感器测得了水射流冲击壁压,给出了水射流冲击壁压的特性及其特点。实验结果表明:腔口位置与腔深是影响水射流端面形态的重要因素;生成的高速水射流冲击壁压峰值满足水锤理论。基于腔内爆炸的高速水射流实验方法能够应用于包括水下爆炸气泡射流在内的高速水射流形态、壁压特性的研究。

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6.
运用全解耦流固耦合理论,建立了水射流冲击岩石介质流固耦合数值分析模型,给出了数值算法,计算分析了考虑和不考虑孔隙流体耦合效应对射流冲击岩石时应力分布的影响规律。结果表明,在射流冲击作用下,如不考虑孔隙流体耦合作用,最大拉应力位于冲击面,离冲击中心径向距离与喷距成正比,最大剪切应力位于岩石冲击中心下部约0.5倍喷嘴直径位置;如考虑孔隙流体耦合作用,最大拉应力位于岩石冲击中心下部约0.4倍喷嘴直径位置。数值分析结果可为水射流破岩机理研究中岩石破坏准则的选择提供依据。  相似文献   

7.
为探究惰性气体(N2和CO2)对瓦斯气体爆炸影响,采用中型尺寸瓦斯爆炸实验装置,在N2及CO2体积分数为0%、9%、14%工况下开展了瓦斯爆炸实验研究,获取了N2和CO2对矿井瓦斯抑爆特性的影响规律,并针对瓦斯爆炸过程中惰性气体N2和CO2对爆炸超压变化的影响及爆炸抑制效果进行了对比分析。结果表明:随着初始混合气体中惰性气体N2或CO2含量的升高,瓦斯爆炸超压均明显降低,CO2的抑爆效果优于N2;N2和CO2对较高浓度瓦斯气的抑爆效果更为显著。  相似文献   

8.

在注CO2与注水两种开发方式下,均会出现泥岩层段的套管剪切损坏加剧的现象。为了明确不同注入介质对泥岩层滑移的影响,将室内实验所得储层岩石物理力学参数与现场实际区块的井网资料相结合,建立了泥岩层剪切滑移流固耦合数值模型,通过有限元方法进行求解,分析了不同注入介质在一定注入速度条件下生产3年过程中的孔隙压力、油层变形量和泥岩层滑移量的分布与变化情况。根据计算结果可知,由于水和CO2黏度与密度的差异,导致开发初期注CO2井周围孔隙压力高于注水井。随着开发时间的延长,注CO2井孔隙压力降低速率大于注水井,在生产3年后,注CO2油层整体孔隙压力高于注水油层,使注CO2油层整体均匀上抬,但注水油层高低差更大,导致油层变形更加集中。油层变形量的不同引起了泥岩层滑移量的差异,注CO2泥岩层滑移量小于注水泥岩层滑移量。基于不同注入介质对泥岩层滑移量的影响分析,给出了合理的注入方案,为防治油田套损提供了理论支撑。

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9.
邓佳  吕子健  张奇  宋付权  李久江  赵广杰 《力学学报》2021,53(10):2880-2890
利用CO2开采页岩气不仅能够提高页岩气采收率, 还能够节省水资源并且对CO2进行地质封存, 有助于实现页岩气开采过程的碳中和. 富有机质页岩储层纳微米孔隙中气体运移机制不同于常规储层, CO2在储层中具有超临界特性, 致使开采机理复杂, 无法得到CO2开采页岩气微观机理的准确认识, 所以研究CH4, CO2及其二元混合物在页岩储层纳微米孔隙中的吸附及驱替特性对准确评估和高效开采页岩气至关重要. 本文从实验、理论以及模拟方面对页岩储层纳微米孔隙中CH4的吸附特性、CO2/CH4二元混合物竞争吸附特性以及驱替特性进行了综合分析, 对气体在纳微米孔隙中吸附及驱替特性的基础研究及关键问题进行讨论分析并提出了展望. 研究表明CH4在页岩储层中表现为物理吸附, 有机质特征(丰度、成熟度、类型)、孔隙结构、无机矿物组成、温度和压力、含水率对页岩的CH4吸附能力均有一定程度的影响. 在相同条件下, CO2比CH4更易被页岩储层吸附, 在页岩储层中注入CO2可以促进CH4的解吸, 并有利于CO2的地质埋存. 开采方案的部署可采用井网形式的注采方式, 可以通过调整注入井的位置、数量以及CO2注入速率对开采方案进行优化.   相似文献   

10.
CO2捕集与埋存(CCS)可助力碳达峰、碳中和战略目标实现,是解决温室效应的重要手段.在众多地质埋存空间中,煤炭地下气化(UCG)后的气化腔近年来成为埋存研究的热点,但与传统埋存方式相比,相关工作仍处于理论探索阶段,缺乏现场实施案例.为推动该埋存方式的发展,文章从以下3方面开展工作.(1)介绍UCG和CO2气化腔埋存的国内外研究进展,并将后者的发展划分为概念提出阶段、潜力评价和可行性分析阶段以及机理分析阶段,目前尚处于理论探索阶段.(2)从注入性、密闭性、经济性、储容量和CO2埋存机理等多个角度出发,通过与其他埋存方式对比,分析了气化腔埋存的特点与优势:注入性良好;密闭性与未开发煤层类似,但更为复杂;显著节约CO2运输成本;埋存潜力巨大;埋存机理非常复杂,需要考虑气化腔形态、边壁性质以及超临界CO2与气化腔流体间复杂相互作用对注入和长期埋存过程的影响.(3)阐明CO2气化腔埋存所涉及的关键科学问题和工程问题,并指出未来发展趋势.在以上工作的基础上,建议国家...  相似文献   

11.
An investigation of jet mixing in confined swirling flow, using carbon dioxide as the jet fluid, was carried out. In order to compare the present results with previous measurements by So et al1 on homogeneous and helium jet mixing, the experiments were carried out in the same facility and under the same test conditions. Contrary to the flow characteristics found in helium jet mixing in confined swirling flow, density difference and swirl combined to give rise to an accelerated decay of the jet and increased mixing between jet and swirling air. Consequently, the second reversed flow region observed in the swirling flow was only slightly displaced downstream. This contrasted with a radial displacement of the second reversed flow region by the helium jets and a complete destruction of the reversed flow regions by the air jets.  相似文献   

12.
易灿  李根生  陈日吉 《实验力学》2005,20(2):291-296
自振空化射流是利用瞬态流和水声学原理调制而成的一种新型射流,为研究围压下自激振荡空化射流的冲蚀破碎规律,利用高压釜装置测量了1.0mm出口直径的风琴管自振空化喷嘴在各种射流参数情况下冲蚀铝试样的冲蚀质量,并与同等条件下锥形喷嘴冲蚀效率进行了对比。测量结果表明,冲蚀质量基本与射流压力成正比;存在最优喷距和围压,使得冲蚀效果最佳,在本实验条件,分别为喷嘴出口直径的5~7倍和2MPa左右;相同条件下,自振空化喷嘴冲蚀质量约为同等条件下锥形喷嘴冲蚀的1~2倍,这为自振空化射流提高钻井速度等实际应用提供了实验依据。  相似文献   

13.
A model is presented of the erosion damage and cleaning efficiency of cavitation and conventional cleaning jets. The effect of supply pressure, jet velocity, standoff distance, nozzle diameter and type of fluid are considered and assessed in relation to experimental findings.  相似文献   

14.
The impingement of an axisymmetric underexpanded ideal gas jet on a flat surface is investigated through numerical simulations. Different injection conditions, characterized by the nozzle pressure ratio (NPR), have been considered and for each, several standoff distances were studied. The study was conducted using the commercial finite volume general purpose code Fluent®. The numerical results are presented in terms of Mach number and static pressure to characterize the structure of the flow. Furthermore, the influence of the standoff distance upon the position and diameter of Mach disk is analysed. Some results are compared with literature data and good agreement is obtained.  相似文献   

15.
An experimental investigation on swirl effects on inhomogeneous confined jet mixing in a combustor configuration is reported. The confined swirling flow was simulated by a swirler with a central jet mounted in a cyclindrical tube. Helium and air jets set at different velocities were injected into the confined swirling air flow. The resulting flow fields due to two vane swirlers with constant vane angles of 35° and 66° were compared. Results show that the 35° vane swirler produces a solid-body rotation core with a slope about twice that created by the 66° vane swirler. It is the behavior of this solid-body rotation core that determines jet mixing rather than the swirler vane angle. Consequently, the coaxial jet decays much faster, the mixing is more intense, and the turbulence intensities are higher for the 35° vane swirler. In view of these results, combustor designers should be more concerned with behavior of the solid-body rotation core produced by the swirler, instead of the swirler vane angle.  相似文献   

16.
The present experimental investigation is devoted to the mixing characteristics of a passive scalar in the near-field region of a moderately swirling jet issuing from a fully developed axially rotating pipe flow. Instantaneous streamwise and azimuthal velocity components as well as the temperature were simultaneously accessed by means of a combined X-wire and cold-wire probe. The results indicate a modification of the turbulence structures to that effect that the swirling jet spreads, mixes and evolves faster compared to its non-swirling counterpart. The high correlation between streamwise velocity and temperature fluctuations as well as the streamwise passive scalar flux are even more enhanced due to the addition of swirl, which in turn shortens the distance and hence time needed to mix the jet with the ambient air.  相似文献   

17.
为了研究整装式液体发射药的燃烧稳定性的控制方法,设计了点火喷射模拟装置及4种多级渐扩型观察室,利用数字高速摄像系统,观察含能气体射流在液体模拟工质中的扩展过程,并对实验中出现的喷孔壅塞现象进行了分析. 结果表明: 射流在渐扩型结构中扩展稳定,喷射压力、喷孔直径和渐扩结构对射流扩展形态和气液掺混过程有显著影响,通过合理调整这些参数,可以实现对射流扩展过程的有效控制;喷孔壅塞时射流扩展形态非对称,影响气液掺混,不利于控制射流的稳定性.  相似文献   

18.
基于对超高压水射流喷头的外部参数定量化分析,给出关于射流核心参数的优选方法,旨在提高水射流效率。首先,根据超高压水射流除锈喷嘴的工作特点,考虑到水的压缩性和空化效应,建立单束定冲角、多束旋转喷头的三维数值模型,通过改变靶距、入射角度、转速等外部特征参数,实施了超高压水射流除锈喷头水动力性能模拟研究。然后,重点分析单束定冲角喷嘴靶距、入射角度对靶面剪切应力、打击压强分布的影响,以及射流等速核长度与最佳射流靶距的关系。发现当靶距等于喷嘴射流等速核长度时,壁面剪切应力达到最佳水平。此外,通过分析高速旋转射流卷吸效应、靶面水垫作用对靶面所受剪切应力、打击压强分布的影响,得到最佳转速范围和对应线速度。初步阐明了射流冲击剥离的机理、单束定冲角以及多束旋转射流的特征参数对射流效果的影响,可为超高压除锈喷头的设计、装配提供参考。  相似文献   

19.
The present study addresses experimental results for investigating the details of the near field flow characteristics produced in an under-expanded, dual, coaxial, swirling jet. The under-expanded swirling jet is discharged from a sonic inner nozzle. An outer annular nozzle produces co- and counter-swirling streams relative to the inner primary swirling jet. The interaction between both the outer annular swirling stream and inner under-expanded swirling jet is quantified by impact and static pressure measurements, and visualized by using the shadowgraph method. Experiments are performed for several different pressure ratios. The results show that the outer secondary co-swirling jet significantly changes the structure of the inner under-expanded swirling jet, such as the shock structures and the recirculation region generated at the jet axis. The effect of the outer secondary stream on the major structures of the inner primary swirling jet is strongly dependent on the pressure ratio of the inner swirling jet, regardless of the swirl direction of the outer stream.Received: 17 May 2004, Accepted: 27 September 2004, Published online: 26 November 2004[/PUBLISHED]H.D. Kim: Correspondence to  相似文献   

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