水力噴砂射流器切割效果數(shù)值模擬

針對(duì)收縮型噴嘴內(nèi)部結(jié)構(gòu)長(zhǎng)徑比(直線段長(zhǎng)度與直徑的比值)嚴(yán)重影響出口射流的沖蝕性能這一關(guān)鍵問題,研究了噴嘴內(nèi)部射流加速機(jī)理,得出長(zhǎng)徑比是影響噴嘴出口射流速度的最主要因素之一;針對(duì)工程中5吋套管常用噴嘴結(jié)構(gòu),選取不同噴嘴直徑和直線段長(zhǎng)度,利用fluent軟件計(jì)算了35組模型(直線段長(zhǎng)度為6~12mm,直徑為4~6mm),結(jié)果表明:射流速度最大時(shí)噴嘴長(zhǎng)徑比存在一個(gè)最佳值,本次計(jì)算射流出口速度最大時(shí)長(zhǎng)徑比為1.8;實(shí)驗(yàn)室按照數(shù)值計(jì)算模型加工35個(gè)不同長(zhǎng)徑比噴嘴,利用粒子圖像測(cè)速系統(tǒng)(piv)進(jìn)行非接觸式試驗(yàn),分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果,揭示了長(zhǎng)徑比對(duì)噴嘴出口射流性能的影響規(guī)律,驗(yàn)證5吋套管常用噴嘴(總長(zhǎng)度為17mm、收縮角30°)出口射流最大時(shí)對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)徑比1.8,試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬一致.

研究入口流道帶傾角的水力旋流器模型,用gambit軟件建模并劃分網(wǎng)格,運(yùn)用fluent軟件對(duì)其油水分離情況進(jìn)行數(shù)值模擬,分析了傳統(tǒng)直入口流道與帶傾角入口流道的區(qū)別。發(fā)現(xiàn)傾斜入口模型壓力降明顯降低,有助于降低旋流管能耗。傾斜入口模型模擬中,底流處油的濃度較低,分離效果較好。

全射流噴頭旋轉(zhuǎn)過程中通過靜片和動(dòng)片改變進(jìn)口截面調(diào)節(jié)流量壓力,使其達(dá)到變量噴灑的效果。應(yīng)用fluent軟件,采用標(biāo)準(zhǔn)湍流模型對(duì)噴頭進(jìn)行三維數(shù)值模擬,分析了進(jìn)口邊界條件,計(jì)算不同旋轉(zhuǎn)角度下噴頭內(nèi)部流場(chǎng)變化,得到動(dòng)靜片下游壓力隨旋轉(zhuǎn)角度的增大而增大,動(dòng)靜片間軸向間隙對(duì)壓力變化影響較小,通過出口流速計(jì)算射程值與試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比,得到試驗(yàn)值與模擬值基本一致。

提出一種新型的排爆裝置結(jié)構(gòu),它是在楔形藥型罩基礎(chǔ)上,通過改變結(jié)構(gòu)和材料而演化成的一種聚能裝藥結(jié)構(gòu)。利用ansys/ls-dyna軟件完成了爆炸載荷下的水射流成型的數(shù)值模擬。研究結(jié)果表明新型排爆裝置能夠?qū)崿F(xiàn)一股高速水流,形如"刀鋒",可以為實(shí)現(xiàn)高速水射流研究提供一種新的選擇。

為研究玻璃珠彈丸在后混合水射流噴丸噴頭內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度特性,根據(jù)液固兩相流動(dòng)的拉格朗日離散相模型,應(yīng)用fluent軟件對(duì)噴頭內(nèi)液固湍流進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到了連續(xù)相的軸向速度和軸向動(dòng)壓強(qiáng),獲得了彈丸的運(yùn)動(dòng)軌跡和彈丸的軸向速度隨行程及時(shí)間的變化規(guī)律。結(jié)果表明,連續(xù)相在噴頭混合室入口處存在環(huán)形回流區(qū),在混合室內(nèi)呈非對(duì)稱流動(dòng);彈丸在噴頭內(nèi)的軸向速度沿行程分為4個(gè)階段,依次是彈丸在混合室內(nèi)的回流段、彈丸第1次加速段、彈丸在環(huán)形回流區(qū)的減速段和彈丸第2次加速段,其在彈丸噴嘴出口截面上靠近軸心的軸向速度達(dá)到連續(xù)相軸心最大軸向速度的94.77%。

薬品注入用エゼクター　(　　　/　　　)r0.0 工事番號(hào)作成者 納入先作成日2018/4/10 裝置名 １）設(shè)計(jì)條件 単位記號(hào)入力値備考?その他必要事項(xiàng) ①薬品の種類==>h2o2 ②薬品濃度％c1==>30 ③薬品液量kg/cycleq1==>250 ④注入濃度％c2==>3 ⑤注入液量kg/cycleq2==>2500 ⑥注入時(shí)間mint==>25 ⑦駆動(dòng)圧力kg/cm2gpn==>6 ⑧注入口徑mmdd==>40 ⑨吸込圧力kg/cm2gps==>-0.200 ⑩注入流量kg/hg06000 ?駆動(dòng)流量kg/hg15400 ?吸込流量kg/hg2600 ?注入圧力kg/cm2gpd2.819 ?混合比率-μ0.1

為滿足南水北調(diào)東線工程對(duì)大量?jī)?yōu)秀的高比轉(zhuǎn)速軸流泵的需求,采用不同于傳統(tǒng)升力法和圓弧法的流線法設(shè)計(jì)了系列軸流泵水力模型,提出了從輪緣到輪轂線性修正的葉輪葉片環(huán)量分布規(guī)律,沖角按輪轂到輪緣增加的方式選擇,取值范圍為0°~3°,比轉(zhuǎn)速越大,沖角取值越小.采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε紊流模型和simplec算法計(jì)算了軸流泵水力模型三維定常流場(chǎng),數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明,數(shù)值模擬的性能曲線與同臺(tái)測(cè)試的性能曲線基本吻合,葉輪輪緣的參數(shù)是水力模型高效率的關(guān)鍵,該系列模型實(shí)現(xiàn)了更高的效率和更寬的高效區(qū)特性,在南水北調(diào)東線一期工程4座泵站中得到應(yīng)用。

利用cfd軟件,采用雷諾應(yīng)力模型分別計(jì)算了300型和250型水力旋流除砂器的內(nèi)流場(chǎng),得到了2種水力旋流除砂器的軸向、徑向、切向速度及壓強(qiáng)的分布曲線。通過對(duì)所得結(jié)果的分析,發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果基本符合旋流除砂器的運(yùn)行規(guī)律。比較2種旋流除砂器的內(nèi)流場(chǎng),表明改進(jìn)的300型水力旋流除砂器的結(jié)構(gòu)及分離能力優(yōu)于原來250型水力旋流除砂器,為水力旋流除砂器的優(yōu)化設(shè)計(jì)和選型提供了可靠的設(shè)計(jì)依據(jù)。

基于多相流動(dòng)的拉格朗日離散相模型,應(yīng)用fluent軟件對(duì)準(zhǔn)直管磨料射流準(zhǔn)直管靜止不動(dòng)、入口帶圓錐收斂段的直管磨料噴頭內(nèi)部等溫、不可壓縮、穩(wěn)態(tài)、液固湍流進(jìn)行了數(shù)值模擬.連續(xù)相采用三維不可壓縮穩(wěn)態(tài)雷諾時(shí)均n-s方程,湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)的k-ε模型,代數(shù)方程組采用分離解方法,通過simple算法求解壓力速度耦合;離散相采用拉格朗日方法追蹤顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡;收斂殘差為10-4.研究表明,噴頭混合室內(nèi)存在2個(gè)環(huán)形回流區(qū),室內(nèi)連續(xù)相呈非軸對(duì)稱流動(dòng).當(dāng)準(zhǔn)直管磨料射流用于切割工作時(shí),磨料入口應(yīng)略靠近混合室的出口側(cè);用于超細(xì)粉碎工作時(shí),磨料入口應(yīng)略靠近混合室入口側(cè).

采用數(shù)值模擬的方法研究了按不同比例(1∶1、2∶1、3∶1)切分藥型罩在爆轟波的驅(qū)動(dòng)下射流的形成過程、形狀、頭尾部速度、射流的拉伸長(zhǎng)度和射流的斷裂時(shí)間及其對(duì)鋼靶板的侵徹能力;并與未切分的完整藥型罩的射流形成過程及侵徹能力進(jìn)行比較。最后采用經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式根據(jù)射流的頭尾部速度計(jì)算了射流的侵徹深度。結(jié)果表明藥型罩經(jīng)過切分后有利于減小射流的杵體和速度梯度;增加射流的拉伸長(zhǎng)度,有利于增強(qiáng)射流的侵徹效果。在研究范圍內(nèi)切分比例為1/1的藥型罩形成的射流最佳。

依據(jù)設(shè)計(jì)的前混合磨料水射流切割機(jī),進(jìn)行高強(qiáng)度的抗磨白口鑄鐵冒口的切割試驗(yàn);研究了切割參數(shù)(壓力、切割速度、流量和靶距)對(duì)一次最大切割深度的影響,研究表明:驅(qū)動(dòng)壓力越大,一次切割最大深度隨之近似線性增加,切割速度越大,一次切割最大深度越小;磨料流量越大,一次切割最大深度先增大后減小,切割靶距越大,一次而切割深度先增大后減小選擇。因此,合理的參數(shù)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行效率和安全有著重要的意義。

噴嘴是水力噴砂壓裂技術(shù)中最重要的部位,在施工過程中容易發(fā)生沖刷腐蝕,噴嘴的使用壽命因此縮短。運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)的方法,建立了噴嘴沖刷腐蝕的數(shù)學(xué)模型,在介質(zhì)腐蝕性一致的條件下,研究入口壓力、含砂量、顆粒大小和密度、液相粘度對(duì)噴嘴壁受到的剪切應(yīng)力大小的影響。結(jié)果顯示,噴嘴沖刷腐蝕最嚴(yán)重的部位是入口處,入口壓力和含砂量對(duì)噴嘴壁剪切應(yīng)力的大小影響最大。

利用pro/e軟件建立噴嘴內(nèi)部流場(chǎng)的幾何模型并進(jìn)行網(wǎng)格劃分,然后利用fluent軟件進(jìn)行數(shù)值模擬并對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析。

采用可實(shí)現(xiàn)k-ε模型對(duì)4孔氧槍的一個(gè)噴孔進(jìn)行了二維流場(chǎng)模擬。以o2、n2和co2射流為例,通過模擬計(jì)算確定在實(shí)際煉鋼轉(zhuǎn)爐環(huán)境下3種射流的流場(chǎng)分布,并對(duì)比分析了3種不同氣源的射流特性,為進(jìn)一步優(yōu)化氧槍參數(shù)提供了依據(jù);模擬計(jì)算也得出了激波和膨脹波的產(chǎn)生形式。結(jié)果表明,o2和n2的射流流場(chǎng)分布幾乎不存在差別,而co2射流流場(chǎng)核心區(qū)長(zhǎng)度比前兩射流要短,因此要達(dá)到同樣的射流流場(chǎng)效果,要提高co2射流的入口壓力;在實(shí)際的操作環(huán)境下,很難做到完全滿足噴孔的設(shè)計(jì)條件,產(chǎn)生了微弱的斜激波。

利用有限元數(shù)值模擬軟件fluent,采用不可壓縮流體流動(dòng)的基本原理和流熱固耦合有限元方法,對(duì)鋼板控冷設(shè)備中常用的圓形噴嘴柱狀流沖擊換熱進(jìn)行模擬,得到在不同參數(shù)與邊界條件下柱狀流的換熱特性以及噴嘴出口速度、出口直徑、水溫等參數(shù)對(duì)換熱系數(shù)的影響,為鋼板冷卻過程溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的模擬提供了較為準(zhǔn)確的邊界條件。

為研究后混合水射流噴丸噴頭外流場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)特性,應(yīng)用fluent軟件對(duì)后混合水射流噴丸噴頭外流場(chǎng)連續(xù)相進(jìn)行了數(shù)值模擬。根據(jù)射流的湍動(dòng)特性,連續(xù)相采用三維不可壓縮穩(wěn)態(tài)雷諾時(shí)均n-s方程,湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型。分析噴丸壓力和靶距對(duì)外流連續(xù)相軸向速度和軸向動(dòng)壓強(qiáng)的影響。結(jié)果表明,外流連續(xù)相水的軸向速度和軸向動(dòng)壓強(qiáng)具有顯著對(duì)稱性,最大軸向速度和軸向動(dòng)壓強(qiáng)均出現(xiàn)在射流軸線上。其值隨噴丸壓力的增加而增大,隨噴丸靶距的增加而減小。當(dāng)噴丸壓力為350mpa、噴丸靶距為50mm時(shí),最大軸向速度為22.0m/s,最大軸向動(dòng)壓強(qiáng)為0.24mpa。該研究為外流離散相彈丸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分析奠定了基礎(chǔ)。

采用數(shù)值模擬的方法,研究了側(cè)墻摻氣坎的水力特性。與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析表明,用紊流數(shù)學(xué)模型來模擬泄水道反弧末端側(cè)墻摻氣坎的水力特性是可行的。數(shù)值模擬表明,不論是跌坎上游側(cè)墻貼角,還是跌坎下游側(cè)墻突擴(kuò),當(dāng)側(cè)墻摻氣坎尺寸較大時(shí),均會(huì)出現(xiàn)反弧末端過坎射流落水點(diǎn)下游兩側(cè)水翅串頂?shù)牟焕鲬B(tài)。其控制條件為底空腔和側(cè)空腔的相對(duì)長(zhǎng)度,當(dāng)側(cè)空腔長(zhǎng)度大于底空腔長(zhǎng)度時(shí),較長(zhǎng)的側(cè)空腔就為跌落至底板的紊動(dòng)水流提供了流動(dòng)通道,會(huì)出現(xiàn)不利流態(tài),反之,當(dāng)側(cè)空腔長(zhǎng)度較小時(shí),能形成較好的流態(tài)。過坎水流落水點(diǎn)下游的流態(tài)對(duì)跌坎上游側(cè)墻貼角尺寸較為敏感,相對(duì)而言,對(duì)跌坎下游側(cè)墻突擴(kuò)尺寸就不那么敏感。數(shù)值模擬也證實(shí),采用尺寸較小的側(cè)墻摻氣坎,形成較小的側(cè)空腔,能滿足進(jìn)行側(cè)摻氣的同時(shí)具有較好的流場(chǎng)水力特性。

近年來，水力噴砂切割技術(shù)在國(guó)內(nèi)普遍被應(yīng)用及研究。文章基于這一背景,簡(jiǎn)單闡述了目前我國(guó)井下作業(yè)技術(shù)的現(xiàn)狀，研究分析了水力噴砂切割技術(shù)的工作原理以和特點(diǎn)，并對(duì)井下作業(yè)中水力噴砂切割技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探討，說明了水力噴砂切割技術(shù)對(duì)井下作業(yè)的有著非常重要的意義，旨在推動(dòng)我國(guó)井下作業(yè)工作的不斷創(chuàng)新與發(fā)展。

在當(dāng)今社會(huì)，隨著低滲透油藏開發(fā)逐漸增大。使之越來越受到人們的高度重視。對(duì)于儲(chǔ)量的開發(fā)和利用已經(jīng)成為低滲透油藏的重要難題。根據(jù)油藏儲(chǔ)量的地質(zhì)特征，我們可以發(fā)現(xiàn)其自身結(jié)構(gòu)是影響水力噴砂切割技術(shù)在井下作業(yè)重要因素，通過分析井下水層和地層壓力的大小，從而找到解決儲(chǔ)量的開發(fā)和利用的方法。這篇文章主要從研究水力噴砂切割技術(shù)在井下作業(yè)中的應(yīng)用，通過高速流體對(duì)物體的切割作用在油田勘探開發(fā)工作中應(yīng)用越來越突出。

為了研究廢砂漿中碳化硅粉和硅粉的分離情況,選用混合模型對(duì)柱型水力旋流器多相流流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明:柱型水力旋流器的分離效率與入口速度、進(jìn)口濃度等因素有關(guān),并分析出一定條件下當(dāng)主、次相的入口速度均為1.1m/s時(shí)顆粒分離效果較好,分離效率較高,實(shí)驗(yàn)檢測(cè)分離性能較好,為進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究提供一定的指導(dǎo)。

采用泥沙沖刷模型對(duì)二維淹沒射流沖刷無黏性砂床作了數(shù)值模擬,沖刷時(shí)間為10s。湍流模型選用rngk-ε模型,它對(duì)于低強(qiáng)度湍流和具有強(qiáng)烈剪切區(qū)域的流動(dòng)應(yīng)用更加廣泛。數(shù)值計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合比較良好。數(shù)值模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明:當(dāng)沖刷時(shí)間相同時(shí),射流速度越大,沖刷深度越大;當(dāng)射流速度一定時(shí),最大沖坑深度和沖刷時(shí)間呈對(duì)數(shù)關(guān)系。

脈沖射流相對(duì)于恒定射流可較大程度提高液氣射流泵效率,利用計(jì)算流體力學(xué)軟件fluent對(duì)脈沖液氣射流泵內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬和分析。首先研究在脈沖射流情況下,停止工作射流后液氣射流泵內(nèi)部流場(chǎng)的狀況;然后對(duì)相同工作條件、不同脈沖頻率下的液氣射流泵進(jìn)行數(shù)值模擬,并研究分析各個(gè)脈沖頻率下液氣射流泵效率,得出最佳工作頻率。