連續(xù)加砂前混合磨料水射流系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、磨料水射流目前被廣泛應(yīng)于石油、煤炭、機(jī)械等行業(yè)。磨料水射流因磨料顆粒的加入方式不同分為前混合和后混合磨料水射流，后混合磨料射流因磨料顆粒加速時(shí)間短，顆粒無(wú)法進(jìn)入流體中心加速，不能與水充分混合，前混合磨料水射流加速效果好，工作壓力低，沖蝕性能優(yōu)越，但前混合磨料水射流因無(wú)法連續(xù)加砂限制了它的發(fā)展及應(yīng)用。
　　本文提出利用射流泵原理抽吸和混合磨料形成連續(xù)磨料水射流的新思路，即：高壓水從射流泵噴嘴噴出而形成的真空卷吸磨料進(jìn)入射流泵內(nèi)的混合

2、腔，與水混合后進(jìn)入喉管和擴(kuò)散管，通過(guò)高壓膠管從切割噴嘴噴出，形成連續(xù)磨料水射流。論文基于射流泵技術(shù)理論，設(shè)計(jì)出連續(xù)加砂磨料射流系統(tǒng)；通過(guò)數(shù)值模擬優(yōu)化磨料射流連續(xù)加砂系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)；利用EDEM-FLUENT固液兩相流數(shù)值模擬方法計(jì)算系統(tǒng)中磨料的加速效率；通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究測(cè)定了連續(xù)磨料射流系統(tǒng)的壓能損失與吸砂速度。研究成果如下：
　?、偬岢鲂滦瓦B續(xù)加砂磨料水射流系統(tǒng)，揭示其形成機(jī)理。論文基于射流泵技術(shù)理論，對(duì)連續(xù)磨料射流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和

3、工作原理進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)出射流泵、切割噴嘴等，并理論計(jì)算出連續(xù)加砂磨料射流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)及取值范圍：喉管直徑d2=2d1，喉管長(zhǎng)徑比為5～7d2，擴(kuò)散管長(zhǎng)Ld=6(dc-d2)，喉嘴距Lc=1.5d1。
　?、趦?yōu)化出連續(xù)磨料水射流最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)，揭示磨料入口負(fù)壓及切割噴嘴端靜壓隨面積比M（切割噴嘴面積/射流泵噴嘴面積）變化下磨料入口和切割噴嘴端壓力的變化規(guī)律。根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果，結(jié)合水射流切割實(shí)際情況，利用fluent軟件模擬計(jì)算磨料入

4、口、混合腔、喉管、切割噴嘴內(nèi)的流場(chǎng)，通過(guò)正交試驗(yàn)進(jìn)一步優(yōu)化磨料射流連續(xù)加料系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)；不同面積比M下磨料入口和切割噴嘴端壓力的變化規(guī)律，結(jié)果表明兩者隨 M的變化成矛盾的關(guān)系，曲線(xiàn)相交點(diǎn)M=5是磨料射流和物料輸送劃分的關(guān)鍵點(diǎn)。
　?、垩芯苛四チ项w粒在系統(tǒng)中的加速機(jī)理。利用EDEM軟件，建立磨料顆粒與水的固液兩相耦合數(shù)值模型，結(jié)果表明，磨料顆粒從磨料入口進(jìn)入混合室，在混合室內(nèi)不規(guī)則運(yùn)動(dòng)后進(jìn)入喉管進(jìn)行第一次大加速，進(jìn)入擴(kuò)散

5、管后，隨流場(chǎng)減速在管內(nèi)減速，最后通過(guò)切割噴嘴加速，切割噴嘴出口磨料顆粒速度達(dá)到129m/s（切割噴嘴出口流場(chǎng)中心速度158m/s）磨料加速效率達(dá)82％，遠(yuǎn)高于后混合磨料射流。
　?、芗庸げ煌叽缟淞鞅眉扒懈顕娮欤ㄟ^(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)對(duì)磨料射流連續(xù)加料系統(tǒng)的壓力損失測(cè)定及加砂穩(wěn)定性測(cè)試，最后進(jìn)行磨料射流切割對(duì)比實(shí)驗(yàn)，通過(guò)能耗計(jì)算得出連續(xù)加砂磨料射流在幾種混合方式中能耗性能最優(yōu)。此系統(tǒng)去掉高壓容器后，系統(tǒng)體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)際應(yīng)用中能滿(mǎn)足煤礦