煤巖高壓水力割縫機噴嘴特性研究.pdf

1、高壓水射流切割技術是高壓水射流的一個重要應用分支，作為一種新型的切割方式，其特點是切割能力強、可控性好、污染小，因此在工程領域中，高壓水射流切割技術逐漸被廣泛應用?；谏鲜鎏攸c以及礦井設備的選型原則：低危險性、高防爆性，通過切割煤巖，形成人工裂隙，釋放煤層中的瓦斯，保證煤礦開采的安全性。為了完善高壓水射流切割技術，提高煤層瓦斯抽放率，本文重點研究高壓水力割縫機核心部件--噴嘴。
　　 在高壓水射流切割煤層的過程中，噴嘴不僅是高壓

2、水系統(tǒng)的發(fā)生元件，同時也是切割煤層的執(zhí)行元件。因此，噴嘴切割性能的優(yōu)劣直接影響到高壓水射流的能量分布和切割煤層的質量。本課題在高壓水射流技術的基礎上，以錐直型噴嘴為中心展開討論研究。
　　 噴嘴的幾何參數與射流壓力影響了高壓水射流的流場分布。目前，由于分析高壓水射流的理論知識不夠成熟，且實驗方法耗資大、周期長，所以本文采取了計算機仿真模擬技術對高壓水射流切割噴嘴的內外部流場進行分析與探索。
　　 本文分別設計了不同噴嘴收

3、縮角、噴嘴出口直徑、噴嘴長徑比三種方案，分析了上述幾何參數對噴嘴內外部流場的影響。根據對模擬結果的分析與研究：收縮角在逐漸增大的過程中，噴嘴出口速度逐漸降低，但在收縮角從0°～12°遞增過程中，射流核心段逐漸增大，收縮角在增至12°之后，射流核心段基本保持不變，為了保持較長的射流核心段和較高的噴嘴出口速度，噴嘴收縮角確定為12°左右；噴嘴出口直徑越小，其出口速度越大，結合系統(tǒng)所提供的最大工作壓力，確定噴嘴出口直徑為1.5mm；針對不同噴

4、嘴長徑比進行仿真分析得出：噴嘴出口速度隨著長徑比的增大而逐漸下降，為了保持噴嘴具有較高的出口速度和較長的射流核心段，確定噴嘴的長徑比為3；另外，本文根據仿真模擬得出的數據，結合數值分析原理，耦合出噴嘴出口速度與噴嘴幾何參數、射流壓力的函數關系式。
　　 最后，文章在高壓水射流理論的基礎上，從噴嘴的結構設計、噴嘴的幾何參數、射流參數三方面分析了高壓水射流的切割性能，得出相關的研究結果，為此類切割噴嘴的性能分析、合理設計，結構優(yōu)化提