自激蕩射流 文檔 (3)

1、自激蕩最新型脈沖水射流自激蕩最新型脈沖水射流自激振蕩磨料射流是在自激振蕩脈沖射流和混合磨料射流基礎(chǔ)上，提出的新型射流。為此，對(duì)自激振蕩磨料射流噴嘴的結(jié)構(gòu)和工作原理，分析了脈沖頻率和幅值等參數(shù)對(duì)磨粒加速效果的影響。根據(jù)初步研究表明，磨粒速度受脈沖頻率和幅度影響很大，磨粒速度可超過(guò)前混合磨料射流中磨粒的速度，最大鉆孔速度比前混合磨料射流提高41%。這一成果有望用于堅(jiān)硬物料的切割和特種加工、石油鉆井、大洋采礦、難采礦體的開(kāi)采、堅(jiān)硬巖石巷道（遂

2、道）掘進(jìn)、表面清洗等領(lǐng)域。從本世紀(jì)60年代開(kāi)始，各國(guó)專家對(duì)脈沖水射流進(jìn)行了大量的理論探討和試驗(yàn)研究，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于石油鉆井、表面清洗等場(chǎng)合。脈沖水射流分阻斷式、擠壓沖擊式和激勵(lì)式三種類型，其中自激振蕩脈沖射流最有發(fā)展前途。自激振蕩脈沖射流是利用射流的不穩(wěn)定流動(dòng)特性，通過(guò)調(diào)整連續(xù)水射流的流動(dòng)參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)射流的渦量擾動(dòng)進(jìn)行閉環(huán)反饋和放大，將連續(xù)射流改變?yōu)閴毫γ}動(dòng)的沖擊式射流，射流作用在靶體材料上的力為按一定頻率周期性變化的高頻沖擊載荷

3、。試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明，這種沖擊力是連續(xù)水射流滯止壓力的(1.5～2.5)倍，大大地提高了對(duì)靶體材料的沖蝕破壞作用。我公司在石油工業(yè)中采用自激振蕩脈沖射流噴嘴的牙輪鉆頭，在相同條件下可提高油井鉆速(15～50)%，提高鉆頭進(jìn)尺(10～15)%，每只噴嘴節(jié)省直接鉆井成本為(1.40～2.5)萬(wàn)元。80年代出現(xiàn)了磨料射流，磨料射流對(duì)靶體材料的沖蝕和切割性能大幅度提高，其中前混合磨料射流的切割效果尤為顯著，系統(tǒng)壓力可降低兩個(gè)數(shù)量級(jí)。自激振蕩磨料

4、射流（自激振蕩脈沖射流和混合磨料射流相結(jié)合）的研究成果：射流中磨粒的最大速度提高了2.5倍，卷吸能力提高1倍，磨料粒子能夠進(jìn)入射流束中心，與連續(xù)磨料射流相比切割速度提高2倍，大大地提高了射流的工作能力。眾所周知，后混合磨料射流的切割能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于前混合磨料射流，為了進(jìn)一步提高射流的切割和沖蝕效果，我公司研制一種自激振蕩脈沖射流和前混合磨料射流相結(jié)合而形成的新型射流——自激振蕩磨料射流。1自激振蕩磨料射流噴嘴的結(jié)構(gòu)及工作原理自激振蕩磨料射流

5、噴嘴的結(jié)構(gòu)及工作原理圖1所示為自激振蕩磨料射流噴嘴實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖。自激振蕩磨料射流噴嘴，主要由前噴嘴1、過(guò)渡體2、腔體3和后噴嘴4等組成。3振蕩射流中的磨粒速度振蕩射流中的磨粒速度自激振蕩磨料射流中，磨粒的加速機(jī)理十分復(fù)雜，影響因素很多，但磨料射流的脈沖頻率和幅度對(duì)磨粒速度影響最大。本文僅研究射流進(jìn)入后噴嘴以后，單個(gè)磨粒在速度變化的流體場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，不計(jì)磨料射流進(jìn)入后噴嘴后的密度、濃度、熱量變化并忽略磨料射流進(jìn)入后噴嘴的能量

6、損失，忽略磨粒之間的相互作用及不規(guī)則性的影響。磨料射流進(jìn)入后，噴嘴后產(chǎn)生脈沖振蕩，磨料在脈動(dòng)振蕩的水介質(zhì)中速度發(fā)生變化。水速u可展開(kāi)成富氏級(jí)數(shù)（其中i=123…)(3)式中Ai，Bi——第i階最大振動(dòng)幅值，為常數(shù)；ω——振動(dòng)角頻率ω=2πf；ψiφi——第i階初相位。若考慮一階低頻主振蕩，并取正弦變化，則上式簡(jiǎn)化為(4)磨粒在水介質(zhì)中的受力僅考慮磨粒慣性力和與流體介質(zhì)間的摩擦力，根據(jù)磨粒動(dòng)力方程可得磨料速度的近似微分表達(dá)式(5)其中式中