浆料射流-截齿联合破岩性能研究
发布时间：2021-01-21 12:54
截齿在截割硬岩过程中存在载荷高、磨损快、难以破碎坚硬岩石等问题,导致了掘进效率低、进尺成本增加,因此,迫切需要开发一种新型的硬岩截割技术。射流辅助截齿破岩方法能够有效破碎岩石。基于此,本文提出了浆料射流-截齿联合破岩方法,采用理论分析、仿真和试验相结合的方法,对浆料射流-截齿联合破岩性能进行研究。针对聚丙烯酰胺（Polyacrylamide,简称PAM）溶液浆体的流变特性,测量其物质函数,选取幂律定律作为描述溶液性质的本构方程。粘度系数η0000039、幂律系数n0007763。对浆体在喷嘴内、外流场进行数值仿真,得到射流喷嘴内加速阶段由喷嘴几何结构确定。基于对磨料颗粒在流场中受力分析及两相流理论,对浆料射流中磨料颗粒在喷嘴内外运动过程进行分析。基于浆料射流发生系统与破岩实验台,进行浆料射流切割岩石实验。针对射流系统压力、射流进给速度、靶距大小对切割效果的影响开展实验研究。针对聚丙烯酰胺的选取,从不同种类、不同分子量与不同浓度出发进行切割破岩实验,在实验工况下,系统压力30MPa,进给速度小于205m/min,选用2‰-3‰质量分数的800万分子量的非离子聚丙烯酰胺破碎效果佳。根据实验...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图-粘度测量装置
除根据喷嘴建立内部流场外，在喷嘴外增加一空气流场区。收缩段 直线段图 - 锥直形喷嘴流道结构Figure - Structure of cone-straight shaped nozzle基于喷嘴内部横截面为圆形结构，为减少计算量，加快运算速度，本文ICEM-CFD 网格划分软件绘制二维流场模型，并对其进行网格划分。二维流取喷嘴出口处为坐标零点，左侧为喷嘴内流场，右侧为喷嘴外空气流场（本研究射流均为非淹没水射流）。采用结构化单元结构进行网格划分，获得个网格单元。利用ICEM-CFD软件中的网格质量检查功能对网格质量进行检网格质量基本高于 。
动压场云图图 - MPa 压力下云图Figure - Fringe of jet under the pressure of MPaMPa 的入口压力下，流场仿真结果如图 - 所示，压力场内单位为 Pa，速度场单位为 m s。根据喷嘴内部的流体速度场云图可以看出，在喷嘴内部轴线大多处的径向方向上，流体速度基本保持不变，只有喷嘴内壁面处存在速度变化。因此，在喷嘴直线段内以及喷嘴出口外一定范围内，可将喷嘴轴线处速度值近似为喷嘴截面上的平均流速。流体自喷嘴收缩段开始缓慢加速，在收缩段与直线段交界处出现加速度增大，速度开始陡升，这是由于，喷嘴管径减小到 mm 后导致的。溶液到达出口后，带动喷嘴周围空气运动，流体的速度区域开始扩散。浆体射流的系统压力在在喷嘴收缩段与直线段开始出现衰减，并在喷嘴出口处与大气压力达到平衡。磨料浆体的动压自喷嘴喷出后，由于射流在外流场中与空气的相互作用产生能量交换，开始产生迅速的衰减。在动压衰减最为迅速的区域，对比速度场云图可以发现，此处高速流动的流体较多，即喷嘴周围的空气由于负压
【参考文献】：
期刊论文
[1]深井硬岩地层钻井高频低幅扭转振荡耦合冲击器研制与应用[J]. 贾红军,王攀,冯伟雄,张俊杰,邱晓宁. 特种油气藏. 2018(04)
[2]污水配制聚合物溶液影响因素及增粘效果分析[J]. 管尊雪. 化工管理. 2018(14)
[3]基于正交试验的磨料浆体流变特性[J]. 刘国勇,宋鸣,张莹娜,蔡阿云,孔宁,朱冬梅,张少军. 中国粉体技术. 2018(02)
[4]微磨料气射流成形加工表面波纹度研究[J]. 李全来,李长林,陶春生. 现代制造工程. 2017(06)
[5]高分子添加剂对磨料水射流切割质量的影响[J]. 裴江红,柏占伟. 机床与液压. 2016(15)
[6]切向导入式旋流喷嘴辅助PDC钻头破岩实验[J]. 袁军,邹德永,刘笑傲. 断块油气田. 2016(04)
[7]基于PIV技术的磨料水射流中固体磨料粒子速度分布实验研究[J]. 章文峰,卢义玉,汤积仁,黄飞. 振动与冲击. 2016(08)
[8]污水配制聚合物溶液影响因素及增粘效果分析[J]. 任佳维,周锡生,张栋. 当代化工. 2016(02)
[9]超高压磨料水射流打孔孔深预测模型研究[J]. 程用泉,赵俊利,郭春海,张希平,张文武. 煤矿机械. 2016(01)
[10]Rock Breaking Performance of a Pick Assisted by High-pressure Water Jet under Different Configuration Modes[J]. LIU Songyong,LIU Xiaohui,CHEN Junfeng,LIN Mingxing. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2015(03)
博士论文
[1]镐型截齿与煤岩互作用力学与磨损特性研究[D]. 刘晓辉.中国矿业大学 2016
[2]高压水射流钻孔破煤机理研究[D]. 梁运培.山东科技大学 2007
[3]水射流非均质破岩理论及其应用[D]. 常宗旭.太原理工大学 2006
硕士论文
[1]前混合磨料射流精确供砂装置的研究[D]. 韦朝坤.安徽理工大学 2015
[2]基于T-S网络的煤矿安全预警系统研究[D]. 李俊娇.安徽理工大学 2012
[3]高分子量聚丙烯酰胺絮凝剂的合成及表征研究[D]. 魏晓岚.兰州理工大学 2012
本文编号：2991201
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图-粘度测量装置
除根据喷嘴建立内部流场外，在喷嘴外增加一空气流场区。收缩段 直线段图 - 锥直形喷嘴流道结构Figure - Structure of cone-straight shaped nozzle基于喷嘴内部横截面为圆形结构，为减少计算量，加快运算速度，本文ICEM-CFD 网格划分软件绘制二维流场模型，并对其进行网格划分。二维流取喷嘴出口处为坐标零点，左侧为喷嘴内流场，右侧为喷嘴外空气流场（本研究射流均为非淹没水射流）。采用结构化单元结构进行网格划分，获得个网格单元。利用ICEM-CFD软件中的网格质量检查功能对网格质量进行检网格质量基本高于 。
动压场云图图 - MPa 压力下云图Figure - Fringe of jet under the pressure of MPaMPa 的入口压力下，流场仿真结果如图 - 所示，压力场内单位为 Pa，速度场单位为 m s。根据喷嘴内部的流体速度场云图可以看出，在喷嘴内部轴线大多处的径向方向上，流体速度基本保持不变，只有喷嘴内壁面处存在速度变化。因此，在喷嘴直线段内以及喷嘴出口外一定范围内，可将喷嘴轴线处速度值近似为喷嘴截面上的平均流速。流体自喷嘴收缩段开始缓慢加速，在收缩段与直线段交界处出现加速度增大，速度开始陡升，这是由于，喷嘴管径减小到 mm 后导致的。溶液到达出口后，带动喷嘴周围空气运动，流体的速度区域开始扩散。浆体射流的系统压力在在喷嘴收缩段与直线段开始出现衰减，并在喷嘴出口处与大气压力达到平衡。磨料浆体的动压自喷嘴喷出后，由于射流在外流场中与空气的相互作用产生能量交换，开始产生迅速的衰减。在动压衰减最为迅速的区域，对比速度场云图可以发现，此处高速流动的流体较多，即喷嘴周围的空气由于负压
【参考文献】：
期刊论文
[1]深井硬岩地层钻井高频低幅扭转振荡耦合冲击器研制与应用[J]. 贾红军,王攀,冯伟雄,张俊杰,邱晓宁. 特种油气藏. 2018(04)
[2]污水配制聚合物溶液影响因素及增粘效果分析[J]. 管尊雪. 化工管理. 2018(14)
[3]基于正交试验的磨料浆体流变特性[J]. 刘国勇,宋鸣,张莹娜,蔡阿云,孔宁,朱冬梅,张少军. 中国粉体技术. 2018(02)
[4]微磨料气射流成形加工表面波纹度研究[J]. 李全来,李长林,陶春生. 现代制造工程. 2017(06)
[5]高分子添加剂对磨料水射流切割质量的影响[J]. 裴江红,柏占伟. 机床与液压. 2016(15)
[6]切向导入式旋流喷嘴辅助PDC钻头破岩实验[J]. 袁军,邹德永,刘笑傲. 断块油气田. 2016(04)
[7]基于PIV技术的磨料水射流中固体磨料粒子速度分布实验研究[J]. 章文峰,卢义玉,汤积仁,黄飞. 振动与冲击. 2016(08)
[8]污水配制聚合物溶液影响因素及增粘效果分析[J]. 任佳维,周锡生,张栋. 当代化工. 2016(02)
[9]超高压磨料水射流打孔孔深预测模型研究[J]. 程用泉,赵俊利,郭春海,张希平,张文武. 煤矿机械. 2016(01)
[10]Rock Breaking Performance of a Pick Assisted by High-pressure Water Jet under Different Configuration Modes[J]. LIU Songyong,LIU Xiaohui,CHEN Junfeng,LIN Mingxing. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2015(03)
博士论文
[1]镐型截齿与煤岩互作用力学与磨损特性研究[D]. 刘晓辉.中国矿业大学 2016
[2]高压水射流钻孔破煤机理研究[D]. 梁运培.山东科技大学 2007
[3]水射流非均质破岩理论及其应用[D]. 常宗旭.太原理工大学 2006
硕士论文
[1]前混合磨料射流精确供砂装置的研究[D]. 韦朝坤.安徽理工大学 2015
[2]基于T-S网络的煤矿安全预警系统研究[D]. 李俊娇.安徽理工大学 2012
[3]高分子量聚丙烯酰胺絮凝剂的合成及表征研究[D]. 魏晓岚.兰州理工大学 2012
本文编号：2991201
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