水力喷砂射流器切割效果数值模拟

针对收缩型喷嘴内部结构长径比(直线段长度与直径的比值)严重影响出口射流的冲蚀性能这一关键问题,研究了喷嘴内部射流加速机理,得出长径比是影响喷嘴出口射流速度的最主要因素之一;针对工程中5吋套管常用喷嘴结构,选取不同喷嘴直径和直线段长度,利用fluent软件计算了35组模型(直线段长度为6~12mm,直径为4~6mm),结果表明:射流速度最大时喷嘴长径比存在一个最佳值,本次计算射流出口速度最大时长径比为1.8;实验室按照数值计算模型加工35个不同长径比喷嘴,利用粒子图像测速系统(piv)进行非接触式试验,分析实验结果,揭示了长径比对喷嘴出口射流性能的影响规律,验证5吋套管常用喷嘴(总长度为17mm、收缩角30°)出口射流最大时对应的长径比1.8,试验结果与数值模拟一致.

研究入口流道带倾角的水力旋流器模型,用gambit软件建模并划分网格,运用fluent软件对其油水分离情况进行数值模拟,分析了传统直入口流道与带倾角入口流道的区别。发现倾斜入口模型压力降明显降低,有助于降低旋流管能耗。倾斜入口模型模拟中,底流处油的浓度较低,分离效果较好。

全射流喷头旋转过程中通过静片和动片改变进口截面调节流量压力,使其达到变量喷洒的效果。应用fluent软件,采用标准湍流模型对喷头进行三维数值模拟,分析了进口边界条件,计算不同旋转角度下喷头内部流场变化,得到动静片下游压力随旋转角度的增大而增大,动静片间轴向间隙对压力变化影响较小,通过出口流速计算射程值与试验进行对比,得到试验值与模拟值基本一致。

提出一种新型的排爆装置结构,它是在楔形药型罩基础上,通过改变结构和材料而演化成的一种聚能装药结构。利用ansys/ls-dyna软件完成了爆炸载荷下的水射流成型的数值模拟。研究结果表明新型排爆装置能够实现一股高速水流,形如"刀锋",可以为实现高速水射流研究提供一种新的选择。

为研究玻璃珠弹丸在后混合水射流喷丸喷头内的运动轨迹和速度特性,根据液固两相流动的拉格朗日离散相模型,应用fluent软件对喷头内液固湍流进行了数值模拟,得到了连续相的轴向速度和轴向动压强,获得了弹丸的运动轨迹和弹丸的轴向速度随行程及时间的变化规律。结果表明,连续相在喷头混合室入口处存在环形回流区,在混合室内呈非对称流动;弹丸在喷头内的轴向速度沿行程分为4个阶段,依次是弹丸在混合室内的回流段、弹丸第1次加速段、弹丸在环形回流区的减速段和弹丸第2次加速段,其在弹丸喷嘴出口截面上靠近轴心的轴向速度达到连续相轴心最大轴向速度的94.77%。

薬品注入用エゼクター　(　　　/　　　)r0.0 工事番号作成者 納入先作成日2018/4/10 装置名 １）設計条件 単位記号入力値備考?その他必要事項 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注入時間mint==>25 ⑦駆動圧力kg/cm2gpn==>6 ⑧注入口径mmdd==>40 ⑨吸込圧力kg/cm2gps==>-0.200 ⑩注入流量kg/hg06000 ?駆動流量kg/hg15400 ?吸込流量kg/hg2600 ?注入圧力kg/cm2gpd2.819 ?混合比率-μ0.1

为满足南水北调东线工程对大量优秀的高比转速轴流泵的需求,采用不同于传统升力法和圆弧法的流线法设计了系列轴流泵水力模型,提出了从轮缘到轮毂线性修正的叶轮叶片环量分布规律,冲角按轮毂到轮缘增加的方式选择,取值范围为0°~3°,比转速越大,冲角取值越小.采用标准k-ε紊流模型和simplec算法计算了轴流泵水力模型三维定常流场,数值计算结果表明,数值模拟的性能曲线与同台测试的性能曲线基本吻合,叶轮轮缘的参数是水力模型高效率的关键,该系列模型实现了更高的效率和更宽的高效区特性,在南水北调东线一期工程4座泵站中得到应用。

利用cfd软件,采用雷诺应力模型分别计算了300型和250型水力旋流除砂器的内流场,得到了2种水力旋流除砂器的轴向、径向、切向速度及压强的分布曲线。通过对所得结果的分析,发现模拟结果基本符合旋流除砂器的运行规律。比较2种旋流除砂器的内流场,表明改进的300型水力旋流除砂器的结构及分离能力优于原来250型水力旋流除砂器,为水力旋流除砂器的优化设计和选型提供了可靠的设计依据。

基于多相流动的拉格朗日离散相模型,应用fluent软件对准直管磨料射流准直管静止不动、入口带圆锥收敛段的直管磨料喷头内部等温、不可压缩、稳态、液固湍流进行了数值模拟.连续相采用三维不可压缩稳态雷诺时均n-s方程,湍流模型采用标准的k-ε模型,代数方程组采用分离解方法,通过simple算法求解压力速度耦合;离散相采用拉格朗日方法追踪颗粒运动轨迹;收敛残差为10-4.研究表明,喷头混合室内存在2个环形回流区,室内连续相呈非轴对称流动.当准直管磨料射流用于切割工作时,磨料入口应略靠近混合室的出口侧;用于超细粉碎工作时,磨料入口应略靠近混合室入口侧.

采用数值模拟的方法研究了按不同比例(1∶1、2∶1、3∶1)切分药型罩在爆轰波的驱动下射流的形成过程、形状、头尾部速度、射流的拉伸长度和射流的断裂时间及其对钢靶板的侵彻能力;并与未切分的完整药型罩的射流形成过程及侵彻能力进行比较。最后采用经验计算公式根据射流的头尾部速度计算了射流的侵彻深度。结果表明药型罩经过切分后有利于减小射流的杵体和速度梯度;增加射流的拉伸长度,有利于增强射流的侵彻效果。在研究范围内切分比例为1/1的药型罩形成的射流最佳。

依据设计的前混合磨料水射流切割机,进行高强度的抗磨白口铸铁冒口的切割试验;研究了切割参数(压力、切割速度、流量和靶距)对一次最大切割深度的影响,研究表明:驱动压力越大,一次切割最大深度随之近似线性增加,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减小,切割靶距越大,一次而切割深度先增大后减小选择。因此,合理的参数对系统运行效率和安全有着重要的意义。

喷嘴是水力喷砂压裂技术中最重要的部位,在施工过程中容易发生冲刷腐蚀,喷嘴的使用寿命因此缩短。运用计算流体力学的方法,建立了喷嘴冲刷腐蚀的数学模型,在介质腐蚀性一致的条件下,研究入口压力、含砂量、颗粒大小和密度、液相粘度对喷嘴壁受到的剪切应力大小的影响。结果显示,喷嘴冲刷腐蚀最严重的部位是入口处,入口压力和含砂量对喷嘴壁剪切应力的大小影响最大。

利用pro/e软件建立喷嘴内部流场的几何模型并进行网格划分,然后利用fluent软件进行数值模拟并对模拟结果进行分析。

采用可实现k-ε模型对4孔氧枪的一个喷孔进行了二维流场模拟。以o2、n2和co2射流为例,通过模拟计算确定在实际炼钢转炉环境下3种射流的流场分布,并对比分析了3种不同气源的射流特性,为进一步优化氧枪参数提供了依据;模拟计算也得出了激波和膨胀波的产生形式。结果表明,o2和n2的射流流场分布几乎不存在差别,而co2射流流场核心区长度比前两射流要短,因此要达到同样的射流流场效果,要提高co2射流的入口压力;在实际的操作环境下,很难做到完全满足喷孔的设计条件,产生了微弱的斜激波。

利用有限元数值模拟软件fluent,采用不可压缩流体流动的基本原理和流热固耦合有限元方法,对钢板控冷设备中常用的圆形喷嘴柱状流冲击换热进行模拟,得到在不同参数与边界条件下柱状流的换热特性以及喷嘴出口速度、出口直径、水温等参数对换热系数的影响,为钢板冷却过程温度场和应力场的模拟提供了较为准确的边界条件。

为研究后混合水射流喷丸喷头外流场的运动特性,应用fluent软件对后混合水射流喷丸喷头外流场连续相进行了数值模拟。根据射流的湍动特性,连续相采用三维不可压缩稳态雷诺时均n-s方程,湍流模型采用标准k-ε模型。分析喷丸压力和靶距对外流连续相轴向速度和轴向动压强的影响。结果表明,外流连续相水的轴向速度和轴向动压强具有显著对称性,最大轴向速度和轴向动压强均出现在射流轴线上。其值随喷丸压力的增加而增大,随喷丸靶距的增加而减小。当喷丸压力为350mpa、喷丸靶距为50mm时,最大轴向速度为22.0m/s,最大轴向动压强为0.24mpa。该研究为外流离散相弹丸运动状态的分析奠定了基础。

采用数值模拟的方法,研究了侧墙掺气坎的水力特性。与试验结果对比分析表明,用紊流数学模型来模拟泄水道反弧末端侧墙掺气坎的水力特性是可行的。数值模拟表明,不论是跌坎上游侧墙贴角,还是跌坎下游侧墙突扩,当侧墙掺气坎尺寸较大时,均会出现反弧末端过坎射流落水点下游两侧水翅串顶的不利流态。其控制条件为底空腔和侧空腔的相对长度,当侧空腔长度大于底空腔长度时,较长的侧空腔就为跌落至底板的紊动水流提供了流动通道,会出现不利流态,反之,当侧空腔长度较小时,能形成较好的流态。过坎水流落水点下游的流态对跌坎上游侧墙贴角尺寸较为敏感,相对而言,对跌坎下游侧墙突扩尺寸就不那么敏感。数值模拟也证实,采用尺寸较小的侧墙掺气坎,形成较小的侧空腔,能满足进行侧掺气的同时具有较好的流场水力特性。

近年来，水力喷砂切割技术在国内普遍被应用及研究。文章基于这一背景,简单阐述了目前我国井下作业技术的现状，研究分析了水力喷砂切割技术的工作原理以和特点，并对井下作业中水力喷砂切割技术的应用进行探讨，说明了水力喷砂切割技术对井下作业的有着非常重要的意义，旨在推动我国井下作业工作的不断创新与发展。

在当今社会，随着低渗透油藏开发逐渐增大。使之越来越受到人们的高度重视。对于储量的开发和利用已经成为低渗透油藏的重要难题。根据油藏储量的地质特征，我们可以发现其自身结构是影响水力喷砂切割技术在井下作业重要因素，通过分析井下水层和地层压力的大小，从而找到解决储量的开发和利用的方法。这篇文章主要从研究水力喷砂切割技术在井下作业中的应用，通过高速流体对物体的切割作用在油田勘探开发工作中应用越来越突出。

为了研究废砂浆中碳化硅粉和硅粉的分离情况,选用混合模型对柱型水力旋流器多相流流场进行数值模拟。模拟结果表明:柱型水力旋流器的分离效率与入口速度、进口浓度等因素有关,并分析出一定条件下当主、次相的入口速度均为1.1m/s时颗粒分离效果较好,分离效率较高,实验检测分离性能较好,为进一步实验研究提供一定的指导。

采用泥沙冲刷模型对二维淹没射流冲刷无黏性砂床作了数值模拟,冲刷时间为10s。湍流模型选用rngk-ε模型,它对于低强度湍流和具有强烈剪切区域的流动应用更加广泛。数值计算结果和实验结果吻合比较良好。数值模拟结果和实验结果都表明:当冲刷时间相同时,射流速度越大,冲刷深度越大;当射流速度一定时,最大冲坑深度和冲刷时间呈对数关系。

脉冲射流相对于恒定射流可较大程度提高液气射流泵效率,利用计算流体力学软件fluent对脉冲液气射流泵内部流场进行数值模拟和分析。首先研究在脉冲射流情况下,停止工作射流后液气射流泵内部流场的状况;然后对相同工作条件、不同脉冲频率下的液气射流泵进行数值模拟,并研究分析各个脉冲频率下液气射流泵效率,得出最佳工作频率。