高压水射流冲孔基本规律的实验研究

发布时间：2019-08-17 09:42

【摘要】：采用高压水射流实验系统分别进行水压力、射流靶距、时间等单因素影响实验,分析这些因素对水射流冲孔效果的影响规律。实验结果表明:随着水压力的增加,射孔深度呈线性增加;当喷嘴直径为1.02mm时,水射流的最佳靶距为2mm;高压水射流存在极限射流深度,在此之后,时间增加,其射流孔孔深基本不变;改变时间、靶距以及水压力,试块水射流孔径基本无变化。
【图文】：

假设射流为理想流体，射流断面直径为D时，高压水以流速v垂直冲击物体表面，当遇到作用面后，随即改变方向转过90°沿径向朝两边流走，且流速不变(图1)，则射流对物体表面的理论冲击力为:图1高压水射流冲击垂直平面的过程示意F=14ρπD2v2(1)式中，F为射流的冲击力，N;ρ为水的密度，kg/m3;D为喷嘴内径，m;v为射流速度，m/s。当射流的冲击力F超过物体的极限强度时，物体表面就会开裂，形成初始裂隙，水射流进入裂隙空间，在水楔作用下，裂隙尖端产生拉应力集中，使得裂隙进一步扩展进而形成破裂坑。2高压水射流冲孔实验方案2.1实验系统实验系统由高压泵、水射流装置及监控系统组成(图2)。高压泵的额定压力为70MPa，排量为70L/min，水射流装置的喷嘴直径为1.02mm，监控系统能实时监测管路中的压力及流量变化，同时在靠近管路出口处安装压力传感器，实时监测并记录管路出口处的压力变化。图2高压水射流实验系统2.2试样加工水射流试样采用水泥砂浆试块，由32.5号水泥和筛选后的细沙按质量配比1∶3.5∶0.3(水泥∶沙∶水)浇筑为300mm×300mm×300mm立方体试块。试块浇筑成形后自然养护28d，减少试块物理力学参数的离散性。水泥砂浆试样的力学参数见表1。表1水泥砂浆试块的物理力学参数单轴抗压强度/MPa弹性模量/MPa抗拉强度/MPa黏聚力/MPa内摩擦角/(°)断裂韧度/(N·mm3/2)6.27470.72081.64872.544331.290013.23002.3实验方法高压水射流实验方案见表2。采用清水进行射流实验，分别改变泵注压力、时间、射流靶距，分析3种因素对水射流冲孔效果的影响，从而确定最佳的高压水射流施工参数。表2高压水射流实验方案实验编号影响因素有效(孔口)水压力/MPa射流时间/min射流靶距/

，随即改变方向转过90°沿径向朝两边流走，且流速不变(图1)，则射流对物体表面的理论冲击力为:图1高压水射流冲击垂直平面的过程示意F=14ρπD2v2(1)式中，F为射流的冲击力，N;ρ为水的密度，kg/m3;D为喷嘴内径，m;v为射流速度，m/s。当射流的冲击力F超过物体的极限强度时，物体表面就会开裂，形成初始裂隙，水射流进入裂隙空间，在水楔作用下，裂隙尖端产生拉应力集中，使得裂隙进一步扩展进而形成破裂坑。2高压水射流冲孔实验方案2.1实验系统实验系统由高压泵、水射流装置及监控系统组成(图2)。高压泵的额定压力为70MPa，排量为70L/min，水射流装置的喷嘴直径为1.02mm，，监控系统能实时监测管路中的压力及流量变化，同时在靠近管路出口处安装压力传感器，实时监测并记录管路出口处的压力变化。图2高压水射流实验系统2.2试样加工水射流试样采用水泥砂浆试块，由32.5号水泥和筛选后的细沙按质量配比1∶3.5∶0.3(水泥∶沙∶水)浇筑为300mm×300mm×300mm立方体试块。试块浇筑成形后自然养护28d，减少试块物理力学参数的离散性。水泥砂浆试样的力学参数见表1。表1水泥砂浆试块的物理力学参数单轴抗压强度/MPa弹性模量/MPa抗拉强度/MPa黏聚力/MPa内摩擦角/(°)断裂韧度/(N·mm3/2)6.27470.72081.64872.544331.290013.23002.3实验方法高压水射流实验方案见表2。采用清水进行射流实验，分别改变泵注压力、时间、射流靶距，分析3种因素对水射流冲孔效果的影响，从而确定最佳的高压水射流施工参数。表2高压水射流实验方案实验编号影响因素有效(孔口)水压力/MPa射流时间/min射流靶距/mm备注1射流水压力20，30，40，50，6052共进行5组实验2射流靶距4051，2，3，4，5，6共进行
【作者单位】： 中国矿业大学安全工程学院;中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室;
【基金】：江苏省“六大人才高峰”资助项目(2014-ZBZZ-007)
【分类号】：TD712.6

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本文编号：2527707