漿料射流-截齒聯(lián)合破巖性能研究
發(fā)布時(shí)間:2021-01-21 12:54
截齒在截割硬巖過程中存在載荷高、磨損快、難以破碎堅(jiān)硬巖石等問題,導(dǎo)致了掘進(jìn)效率低、進(jìn)尺成本增加,因此,迫切需要開發(fā)一種新型的硬巖截割技術(shù)。射流輔助截齒破巖方法能夠有效破碎巖石;诖,本文提出了漿料射流-截齒聯(lián)合破巖方法,采用理論分析、仿真和試驗(yàn)相結(jié)合的方法,對(duì)漿料射流-截齒聯(lián)合破巖性能進(jìn)行研究。針對(duì)聚丙烯酰胺(Polyacrylamide,簡稱PAM)溶液漿體的流變特性,測(cè)量其物質(zhì)函數(shù),選取冪律定律作為描述溶液性質(zhì)的本構(gòu)方程。粘度系數(shù)η0000039、冪律系數(shù)n0007763。對(duì)漿體在噴嘴內(nèi)、外流場進(jìn)行數(shù)值仿真,得到射流噴嘴內(nèi)加速階段由噴嘴幾何結(jié)構(gòu)確定。基于對(duì)磨料顆粒在流場中受力分析及兩相流理論,對(duì)漿料射流中磨料顆粒在噴嘴內(nèi)外運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行分析;跐{料射流發(fā)生系統(tǒng)與破巖實(shí)驗(yàn)臺(tái),進(jìn)行漿料射流切割巖石實(shí)驗(yàn)。針對(duì)射流系統(tǒng)壓力、射流進(jìn)給速度、靶距大小對(duì)切割效果的影響開展實(shí)驗(yàn)研究。針對(duì)聚丙烯酰胺的選取,從不同種類、不同分子量與不同濃度出發(fā)進(jìn)行切割破巖實(shí)驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)工況下,系統(tǒng)壓力30MPa,進(jìn)給速度小于205m/min,選用2‰-3‰質(zhì)量分?jǐn)?shù)的800萬分子量的非離子聚丙烯酰胺破碎效果佳。根據(jù)實(shí)驗(yàn)...
【文章來源】:中國礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:91 頁
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【部分圖文】:
圖-粘度測(cè)量裝置
除根據(jù)噴嘴建立內(nèi)部流場外,在噴嘴外增加一空氣流場區(qū)。收縮段 直線段圖 - 錐直形噴嘴流道結(jié)構(gòu)Figure - Structure of cone-straight shaped nozzle基于噴嘴內(nèi)部橫截面為圓形結(jié)構(gòu),為減少計(jì)算量,加快運(yùn)算速度,本文ICEM-CFD 網(wǎng)格劃分軟件繪制二維流場模型,并對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分。二維流取噴嘴出口處為坐標(biāo)零點(diǎn),左側(cè)為噴嘴內(nèi)流場,右側(cè)為噴嘴外空氣流場(本研究射流均為非淹沒水射流)。采用結(jié)構(gòu)化單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分,獲得個(gè)網(wǎng)格單元。利用ICEM-CFD軟件中的網(wǎng)格質(zhì)量檢查功能對(duì)網(wǎng)格質(zhì)量進(jìn)行檢網(wǎng)格質(zhì)量基本高于 。
動(dòng)壓場云圖圖 - MPa 壓力下云圖Figure - Fringe of jet under the pressure of MPaMPa 的入口壓力下,流場仿真結(jié)果如圖 - 所示,壓力場內(nèi)單位為 Pa,速度場單位為 m s。根據(jù)噴嘴內(nèi)部的流體速度場云圖可以看出,在噴嘴內(nèi)部軸線大多處的徑向方向上,流體速度基本保持不變,只有噴嘴內(nèi)壁面處存在速度變化。因此,在噴嘴直線段內(nèi)以及噴嘴出口外一定范圍內(nèi),可將噴嘴軸線處速度值近似為噴嘴截面上的平均流速。流體自噴嘴收縮段開始緩慢加速,在收縮段與直線段交界處出現(xiàn)加速度增大,速度開始陡升,這是由于,噴嘴管徑減小到 mm 后導(dǎo)致的。溶液到達(dá)出口后,帶動(dòng)噴嘴周圍空氣運(yùn)動(dòng),流體的速度區(qū)域開始擴(kuò)散。漿體射流的系統(tǒng)壓力在在噴嘴收縮段與直線段開始出現(xiàn)衰減,并在噴嘴出口處與大氣壓力達(dá)到平衡。磨料漿體的動(dòng)壓自噴嘴噴出后,由于射流在外流場中與空氣的相互作用產(chǎn)生能量交換,開始產(chǎn)生迅速的衰減。在動(dòng)壓衰減最為迅速的區(qū)域,對(duì)比速度場云圖可以發(fā)現(xiàn),此處高速流動(dòng)的流體較多,即噴嘴周圍的空氣由于負(fù)壓
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]深井硬巖地層鉆井高頻低幅扭轉(zhuǎn)振蕩耦合沖擊器研制與應(yīng)用[J]. 賈紅軍,王攀,馮偉雄,張俊杰,邱曉寧. 特種油氣藏. 2018(04)
[2]污水配制聚合物溶液影響因素及增粘效果分析[J]. 管尊雪. 化工管理. 2018(14)
[3]基于正交試驗(yàn)的磨料漿體流變特性[J]. 劉國勇,宋鳴,張瑩娜,蔡阿云,孔寧,朱冬梅,張少軍. 中國粉體技術(shù). 2018(02)
[4]微磨料氣射流成形加工表面波紋度研究[J]. 李全來,李長林,陶春生. 現(xiàn)代制造工程. 2017(06)
[5]高分子添加劑對(duì)磨料水射流切割質(zhì)量的影響[J]. 裴江紅,柏占偉. 機(jī)床與液壓. 2016(15)
[6]切向?qū)胧叫鲊娮燧o助PDC鉆頭破巖實(shí)驗(yàn)[J]. 袁軍,鄒德永,劉笑傲. 斷塊油氣田. 2016(04)
[7]基于PIV技術(shù)的磨料水射流中固體磨料粒子速度分布實(shí)驗(yàn)研究[J]. 章文峰,盧義玉,湯積仁,黃飛. 振動(dòng)與沖擊. 2016(08)
[8]污水配制聚合物溶液影響因素及增粘效果分析[J]. 任佳維,周錫生,張棟. 當(dāng)代化工. 2016(02)
[9]超高壓磨料水射流打孔孔深預(yù)測(cè)模型研究[J]. 程用泉,趙俊利,郭春海,張希平,張文武. 煤礦機(jī)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)
博士論文
[1]鎬型截齒與煤巖互作用力學(xué)與磨損特性研究[D]. 劉曉輝.中國礦業(yè)大學(xué) 2016
[2]高壓水射流鉆孔破煤機(jī)理研究[D]. 梁運(yùn)培.山東科技大學(xué) 2007
[3]水射流非均質(zhì)破巖理論及其應(yīng)用[D]. 常宗旭.太原理工大學(xué) 2006
碩士論文
[1]前混合磨料射流精確供砂裝置的研究[D]. 韋朝坤.安徽理工大學(xué) 2015
[2]基于T-S網(wǎng)絡(luò)的煤礦安全預(yù)警系統(tǒng)研究[D]. 李俊嬌.安徽理工大學(xué) 2012
[3]高分子量聚丙烯酰胺絮凝劑的合成及表征研究[D]. 魏曉嵐.蘭州理工大學(xué) 2012
本文編號(hào):2991201
【文章來源】:中國礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:91 頁
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【部分圖文】:
圖-粘度測(cè)量裝置
除根據(jù)噴嘴建立內(nèi)部流場外,在噴嘴外增加一空氣流場區(qū)。收縮段 直線段圖 - 錐直形噴嘴流道結(jié)構(gòu)Figure - Structure of cone-straight shaped nozzle基于噴嘴內(nèi)部橫截面為圓形結(jié)構(gòu),為減少計(jì)算量,加快運(yùn)算速度,本文ICEM-CFD 網(wǎng)格劃分軟件繪制二維流場模型,并對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分。二維流取噴嘴出口處為坐標(biāo)零點(diǎn),左側(cè)為噴嘴內(nèi)流場,右側(cè)為噴嘴外空氣流場(本研究射流均為非淹沒水射流)。采用結(jié)構(gòu)化單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分,獲得個(gè)網(wǎng)格單元。利用ICEM-CFD軟件中的網(wǎng)格質(zhì)量檢查功能對(duì)網(wǎng)格質(zhì)量進(jìn)行檢網(wǎng)格質(zhì)量基本高于 。
動(dòng)壓場云圖圖 - MPa 壓力下云圖Figure - Fringe of jet under the pressure of MPaMPa 的入口壓力下,流場仿真結(jié)果如圖 - 所示,壓力場內(nèi)單位為 Pa,速度場單位為 m s。根據(jù)噴嘴內(nèi)部的流體速度場云圖可以看出,在噴嘴內(nèi)部軸線大多處的徑向方向上,流體速度基本保持不變,只有噴嘴內(nèi)壁面處存在速度變化。因此,在噴嘴直線段內(nèi)以及噴嘴出口外一定范圍內(nèi),可將噴嘴軸線處速度值近似為噴嘴截面上的平均流速。流體自噴嘴收縮段開始緩慢加速,在收縮段與直線段交界處出現(xiàn)加速度增大,速度開始陡升,這是由于,噴嘴管徑減小到 mm 后導(dǎo)致的。溶液到達(dá)出口后,帶動(dòng)噴嘴周圍空氣運(yùn)動(dòng),流體的速度區(qū)域開始擴(kuò)散。漿體射流的系統(tǒng)壓力在在噴嘴收縮段與直線段開始出現(xiàn)衰減,并在噴嘴出口處與大氣壓力達(dá)到平衡。磨料漿體的動(dòng)壓自噴嘴噴出后,由于射流在外流場中與空氣的相互作用產(chǎn)生能量交換,開始產(chǎn)生迅速的衰減。在動(dòng)壓衰減最為迅速的區(qū)域,對(duì)比速度場云圖可以發(fā)現(xiàn),此處高速流動(dòng)的流體較多,即噴嘴周圍的空氣由于負(fù)壓
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]深井硬巖地層鉆井高頻低幅扭轉(zhuǎn)振蕩耦合沖擊器研制與應(yīng)用[J]. 賈紅軍,王攀,馮偉雄,張俊杰,邱曉寧. 特種油氣藏. 2018(04)
[2]污水配制聚合物溶液影響因素及增粘效果分析[J]. 管尊雪. 化工管理. 2018(14)
[3]基于正交試驗(yàn)的磨料漿體流變特性[J]. 劉國勇,宋鳴,張瑩娜,蔡阿云,孔寧,朱冬梅,張少軍. 中國粉體技術(shù). 2018(02)
[4]微磨料氣射流成形加工表面波紋度研究[J]. 李全來,李長林,陶春生. 現(xiàn)代制造工程. 2017(06)
[5]高分子添加劑對(duì)磨料水射流切割質(zhì)量的影響[J]. 裴江紅,柏占偉. 機(jī)床與液壓. 2016(15)
[6]切向?qū)胧叫鲊娮燧o助PDC鉆頭破巖實(shí)驗(yàn)[J]. 袁軍,鄒德永,劉笑傲. 斷塊油氣田. 2016(04)
[7]基于PIV技術(shù)的磨料水射流中固體磨料粒子速度分布實(shí)驗(yàn)研究[J]. 章文峰,盧義玉,湯積仁,黃飛. 振動(dòng)與沖擊. 2016(08)
[8]污水配制聚合物溶液影響因素及增粘效果分析[J]. 任佳維,周錫生,張棟. 當(dāng)代化工. 2016(02)
[9]超高壓磨料水射流打孔孔深預(yù)測(cè)模型研究[J]. 程用泉,趙俊利,郭春海,張希平,張文武. 煤礦機(jī)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)
博士論文
[1]鎬型截齒與煤巖互作用力學(xué)與磨損特性研究[D]. 劉曉輝.中國礦業(yè)大學(xué) 2016
[2]高壓水射流鉆孔破煤機(jī)理研究[D]. 梁運(yùn)培.山東科技大學(xué) 2007
[3]水射流非均質(zhì)破巖理論及其應(yīng)用[D]. 常宗旭.太原理工大學(xué) 2006
碩士論文
[1]前混合磨料射流精確供砂裝置的研究[D]. 韋朝坤.安徽理工大學(xué) 2015
[2]基于T-S網(wǎng)絡(luò)的煤礦安全預(yù)警系統(tǒng)研究[D]. 李俊嬌.安徽理工大學(xué) 2012
[3]高分子量聚丙烯酰胺絮凝劑的合成及表征研究[D]. 魏曉嵐.蘭州理工大學(xué) 2012
本文編號(hào):2991201
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