前混合磨料射流磨料加速機理及分布規(guī)律.pdf

1、前混合磨料射流廣泛應用于石油天然氣開采等領域，且起到了不可替代的作用。影響前混合磨料射流切割、沖蝕性能的兩個關鍵因素分別是水介質對磨料的加速性能及磨料在射流中的分布狀態(tài)。對于前混合磨料射流磨料加速機理的理論研究，目前主要存在以下兩個問題：①將阻力系數(shù)視為常數(shù)；②忽略了巴西特力對磨料加速的影響。由于磨料射流具備較高的速度，傳統(tǒng)方法無法直接測試出磨料的速度場及磨料在射流中的分布規(guī)律，從而無法驗證磨料的加速機理。
　　 本文將阻力系數(shù)

2、作為變量且考慮了巴西特力的基礎上，建立磨料加速的差分模型，并設計迭代算法進行求解，揭示前混合磨料射流中磨料加速機理；采用3DPIV技術結合自主編程設計的磨料中心識別程序測試磨料速度，對加速機理進行驗證；采用非參數(shù)假設檢驗法分析磨料在射流中的分布規(guī)律；基于沖蝕實驗，進一步驗證前混合磨料射流磨料加速機理。主要研究成果如下：
　　 ①建立了磨料在高壓管道及噴嘴內的運動方程和差分模型，結合迭代算法通過matlab編程得到該模型的數(shù)值解。

3、結果表明：磨料在高壓管道內受到阻力、視質量力、巴西特力的影響，其中僅阻力與加速度方向一致且在加速過程中占主要地位；磨料在噴嘴的直線段內受力情況與在高壓管道內相似，在收斂段內主要受到壓強梯度力、視質量力、阻力、巴西特力，作用方向均與磨料加速方向一致，且力的大小依次減小。在流量一定的條件下研究噴嘴結構對磨料加速的影響，結果表明：在一定范圍內增加直線段的長度時有助于提高噴嘴出口處的磨料速度；增加收斂段的長度對于提高噴嘴出口處的磨料速度不明顯；

4、噴嘴收斂角較小時磨料加速較為平滑，噴嘴收斂角較小時，在收斂段前半段加速緩慢，收斂段后半段急劇加速，磨料與水相的速度存在較大的滑移速度，加速效果不夠理想。
　　 ②采用3DPIV非接觸測試技術得出了前混合磨料射流磨料的速度場。通過實驗手段測試噴嘴出口處磨料的速度，對加速機理進行了檢驗：借助自行編制的程序對PIV獲得的圖片進行處理，自動識別磨料的中心，得出磨料的速度；通過參數(shù)假設檢驗驗證了磨料速度的理論值和實驗值的一致性，表明兩者無

5、顯著差異，驗證了磨料加速機理的差分模型及迭代算法的合理性。
　　 ③采用非參數(shù)假設檢驗法得出了前混合磨料射流中磨料的分布規(guī)律及噴嘴結構參數(shù)等對磨料分布的影響規(guī)律。借助matlab編寫自動識別程序對3DPIV所拍攝的圖片中的磨料進行自動識別，獲得磨料中心的坐標；利用非參數(shù)假設檢驗法，通過P.P圖及K.S檢驗得出磨料在與射流軸心線垂直的斷面上服從正態(tài)分布，并給出對應的概率密度函數(shù)；噴嘴結構參數(shù)等對磨料分布的影響規(guī)律為：正態(tài)分布函數(shù)的