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超高压水射流喷头水动力特性研究

爆炸与冲击 2022年第5期42卷 156-169页

作者：陈正寿黄璐云杜炳鑫陈源捷倪路新姜华浙江海洋大学船舶与海运学院浙江舟山316022 太平洋海洋工程(舟山)有限公司浙江舟山316057

基于对超高压水射流喷头的外部参数定量化分析,给出关于射流核心参数的优选方法,旨在提高水射流效率。首先,根据超高压水射流除锈喷嘴的工作特点,考虑到水的压缩性和空化效应,建立单束定冲角、多束旋转喷头的三维数值模型,通过改变靶距... 详细信息

基于对超高压水射流喷头的外部参数定量化分析,给出关于射流核心参数的优选方法,旨在提高水射流效率。首先,根据超高压水射流除锈喷嘴的工作特点,考虑到水的压缩性和空化效应,建立单束定冲角、多束旋转喷头的三维数值模型,通过改变靶距、入射角度、转速等外部特征参数,实施了超高压水射流除锈喷头水动力性能模拟研究。然后,重点分析单束定冲角喷嘴靶距、入射角度对靶面剪切应力、打击压强分布的影响,以及射流等速核长度与最佳射流靶距的关系。发现当靶距等于喷嘴射流等速核长度时,壁面剪切应力达到最佳水平。此外,通过分析高速旋转射流卷吸效应、靶面水垫作用对靶面所受剪切应力、打击压强分布的影响,得到最佳转速范围和对应线速度。初步阐明了射流冲击剥离的机理、单束定冲角以及多束旋转射流的特征参数对射流效果的影响,可为超高压除锈喷头的设计、装配提供参考。

关键词：超高压水射流水动力入射角度靶距旋转速度

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大线速度下超高压水射流破岩试验研究

岩土力学 2023年第3期44卷 615-623页

作者：张金良杨风威曹智国苏伟林黄河勘测规划设计研究院有限公司河南郑州450003 水利部黄河流域水治理与水安全重点实验室(筹) 河南郑州450003 郑州大学水利与土木工程学院河南郑州450001

高压水射流的破岩效果对高压水射流辅助掘进机破岩技术至关重要。为提升隧道掘进机工况下高压水射流辅助破岩的效率,开展大线速度下超高压水射流破岩试验,分析喷嘴移动线速度、射流压力和喷嘴直径对破岩效果的影响规律,并探究加磨料和... 详细信息

高压水射流的破岩效果对高压水射流辅助掘进机破岩技术至关重要。为提升隧道掘进机工况下高压水射流辅助破岩的效率,开展大线速度下超高压水射流破岩试验,分析喷嘴移动线速度、射流压力和喷嘴直径对破岩效果的影响规律,并探究加磨料和射流形式对破岩效果的影响。试验结果表明,随喷嘴移动线速度增加,高压水射流的切割深度和切割宽度均近似线性减小;随射流压力增加,切割深度近似线性增大,压力从200 MPa提高到280 MPa,切割深度增加了72%~82%;喷嘴直径从0.35 mm增大到0.60 mm,切割深度增加了60%~85%。大线速度下加磨料后射流变发散,加磨料的切割深度小于纯水的切割深度,加磨料的切割宽度大于纯水的切割宽度。砂管束流射流模式的能量利用率更高,砂管束流的切割深度比长线射流的切割深度大35%~42%,砂管束流的切割宽度比长线射流的切割宽度大78%~85%。基于Crow切割岩石理论,通过试验数据回归分析,得到大线速度下超高压水射流切割深度半理论半经验预测模型,可为高压水射流辅助掘进机破岩技术中射流切割参数优化提供参考依据。研究成果对提升隧道掘进机工况下超高压水射流辅助破岩的效率是很有意义的。

关键词：隧道掘进机大线速度超高压水射流切割深度预测模型

靶距与冲击角对超高压水射流喷嘴水动力学性能影响的研究

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振动与冲击 2022年第15期41卷 169-178,223页

作者：黄璐云陈正寿倪路新杜炳鑫陈源捷林森浙江海洋大学船舶与海运学院浙江舟山316022 太平洋海洋工程(舟山)有限公司浙江舟山316057

超高压水射流除锈是一种环保高效的除锈技术,具有能耗低、污染小、效率高等优势,在修造船行业逐渐普及应用。基于CFD(computational fluid dynamics)技术,结合空化、多相流等多种模型,同时考虑液体的可压缩性,实施了超高压水射流除锈喷... 详细信息

超高压水射流除锈是一种环保高效的除锈技术,具有能耗低、污染小、效率高等优势,在修造船行业逐渐普及应用。基于CFD(computational fluid dynamics)技术,结合空化、多相流等多种模型,同时考虑液体的可压缩性,实施了超高压水射流除锈喷嘴三维仿真计算。将靶面剪切应力和打击压强分布作为重要参量,开展不同靶距和冲击角对超高压水射流动力学性能影响的分析,阐明了靶面最大剪切应力、打击压强分布规律与靶距和冲击角的关系,得出最佳冲击角范围为10°-16°,对应的最佳靶距为20倍-30倍的喷嘴直径。相关研究为超高压水射流除锈喷嘴喷射参数设计提供相应参考。

关键词：超高压水射流喷嘴靶距冲击角除锈

超高压水射流拆除钢筋混凝土构筑物的研究现状及前瞻

维普期刊数据库评论

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混凝土 2022年第11期 164-169,176页

作者：潘超王泽峰蒋宇涛武汉科技大学城市建设学院湖北武汉430065 武汉大学水射流理论与新技术湖北省重点实验室湖北武汉430072

我国目前有3%的建筑即将达到设计使用年限,建筑垃圾废料每年产生量在15.5~24亿t,约占城市固体垃圾总量的40%,造成建筑废料的原因是由于现阶段常用的机械拆除和爆破拆除技术对建筑物内部结构带来的振动冲击较强,使拆除后的材料和结构在... 详细信息

我国目前有3%的建筑即将达到设计使用年限,建筑垃圾废料每年产生量在15.5~24亿t,约占城市固体垃圾总量的40%,造成建筑废料的原因是由于现阶段常用的机械拆除和爆破拆除技术对建筑物内部结构带来的振动冲击较强,使拆除后的材料和结构在强度和耐久方面无法满足后续的回收利用。因此,将现有建筑物中仍具备再使用价值的材料或者结构整体拆除,作为装配式建筑的有效建筑原料成为目前研究的重点问题,符合可持续发展的需要。为探究现有建筑物优化拆除方案,结合水射流技术的研究现状及技术特点,归纳超高压水射流冲蚀和切割钢筋混凝土材料的冲蚀机理、破坏演变过程、材料去除效率及影响因素,并探究利用超高压水射流技术拆除钢筋混凝土构筑物的技术优势以及超高压水射流制作“再生钢筋混凝土”装配式构件的应用前景。

关键词：超高压水射流拆除钢筋混凝土破坏演变过程技术优势

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超高压水射流除锈喷嘴水动力性能分析

超高压水射流除锈喷嘴水动力性能分析

作者：黄璐云浙江海洋大学

学位级别：硕士

除锈工艺广泛运用在船舶修造业,是船舶涂装工艺中不可或缺的步骤,也是公认的修造船行业中的高污染环节。在秉承“绿色造船,节能环保”的理念下,除锈工艺技术的提升显得尤其重要。以超高压水射流为代表的环境友好型技术,具有能耗低、污... 详细信息

除锈工艺广泛运用在船舶修造业,是船舶涂装工艺中不可或缺的步骤,也是公认的修造船行业中的高污染环节。在秉承“绿色造船,节能环保”的理念下,除锈工艺技术的提升显得尤其重要。以超高压水射流为代表的环境友好型技术,具有能耗低、污染小、高效、易于操作等优势,被人们所重视并在船壁大面积除锈中得以运用。对于超高压水射流成套装备,国内外众多学者、科研机构主要集中研发载体平台的机器人、专用高架车等,但关于喷头装置水动力性能的研究比较欠缺。同时,国内很多成套设备所采用关于喷头的设计参数,一般是通过参考国外同类产品的相关参数并结合现场经验确定,通过定量化分析去选择喷头(特别是喷嘴)的核心参数基础性研究相对较少。本文针对单束定攻角射流特征参数对射流效果的影响,对超高压水射流除锈喷嘴的工艺参数进行模型仿真和优化分析。首先,根据超高压水射流的特点,结合空化、多相流等多种模型,同时考虑液体的可压缩性,进行模型有效性和网格依赖性验证后,实施了超高压水射流除锈喷嘴三维仿真计算。将靶面剪切应力和打击压强分布作为重要参量,开展不同靶距和冲击角对超高压水射流动力学性能影响的分析,阐明了靶面最大剪切应力、打击压强分布规律与靶距和冲击角的关系。然后,确定有关超高压喷嘴的内外部工作参数,经过正交试验设计的极差分析,得到喷嘴内外部参数的主次分析。研究超高压喷嘴典型工艺参数对冲击射流壁面剪切应力的影响规律。采用模型仿真得到的所有基础数据,利用MATLAB回归分析法、深度神经网络算法和Minitab软件工具建立不同的预测模型,分析比较得出最佳预测模型,将其作为回归预测模型,运用到遗传算法中进行更胜一步的优化。最后,基于前期建立的预测模型,利用遗传算法分析得出喷嘴四个工艺参数的最优参数组合。将喷嘴最优的内外部参数组合加工成实际喷嘴,进行替换和测试除锈效果,相关研究为超高压水射流除锈喷嘴结构和喷射参数设计提供相应参考,同时将全面促进修船除锈工艺的技术进步。

关键词：超高压水射流水动力工艺参数预测模型优化算法

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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超高压水射流破碎子午线轮胎机理

机械工程学报 2014年第12期50卷 36-43页

作者：宋守许田光涛余德桥合肥工业大学机械与汽车工程学院合肥230009

研究子午线轮胎回收处理的新方法。将超高压水射流技术应用于子午线轮胎橡胶的破碎回收,进行非淹没条件下超高压水射流破碎分离子午线轮胎橡胶试验,得到不同驱动压力破碎后的橡胶粉末和橡胶破碎断面,对轮胎橡胶、橡胶粉末进行粒度分析... 详细信息

研究子午线轮胎回收处理的新方法。将超高压水射流技术应用于子午线轮胎橡胶的破碎回收,进行非淹没条件下超高压水射流破碎分离子午线轮胎橡胶试验,得到不同驱动压力破碎后的橡胶粉末和橡胶破碎断面,对轮胎橡胶、橡胶粉末进行粒度分析和低场核磁共振分析以评价破碎回收效果。采用流固耦合方法建立超高压水射流冲击轮胎橡胶的有限元分析模型,计算超高压水射流冲击作用下橡胶材料内部应力分布规律,应用材料失效准则,研究轮胎橡胶受水射流施加高速动载冲击下的破碎行为并与试验结果相验证。对轮胎橡胶断面和橡胶颗粒进行扫面电镜观察,分析轮胎橡胶和橡胶粉末的宏观形貌和微观形态,结合有限元模型计算结果,研究轮胎橡胶的微观破碎机理,认为在橡胶破碎过程中存在拉伸和剪切两种破坏机制,主要微观失效形式有沿晶破坏和穿晶断裂。

关键词：超高压水射流子午线轮胎橡胶回收流固耦合破碎机理

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超高压水射流破岩过程中的应力波效应分析

中国矿业大学学报 2013年第4期42卷 519-525页

作者：卢义玉黄飞王景环刘小川重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室资源与环境科学学院重庆400044

选取200,220和260MPa射流压力和3种岩样,实验研究非淹没条件下破岩效果的宏观规律.针对岩石在超高压水射流作用下的破碎特性,建立球面应力波在岩石介质中传播的波动方程.运用拉格朗日方法描述岩石质点的位移场和速度场.利用Matlab对波... 详细信息

选取200,220和260MPa射流压力和3种岩样,实验研究非淹没条件下破岩效果的宏观规律.针对岩石在超高压水射流作用下的破碎特性,建立球面应力波在岩石介质中传播的波动方程.运用拉格朗日方法描述岩石质点的位移场和速度场.利用Matlab对波动方程进行计算求解,分析超高压水射流冲击下岩石破裂时序演化过程,建立岩石宏观断裂规律与微观破坏机制间的联系.研究表明:超高压水射流作用下岩石的破坏主要表现为拉伸破坏;岩石受力在应力波效应下呈现两种状态,即先拉伸后压缩应力状态与压缩应力状态;理论计算分析与实验结果基本吻合,表明利用该方法分析超高压水射流破岩机理是可行的.

关键词：超高压水射流破岩机理应力波冲击实验

超高压水射流切割声音特征提取与喷嘴移动速度控制

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机械工程学报 2013年第18期49卷 184-189页

作者：张军赵德安李雪峰徐礼龙江苏大学电气信息工程学院镇江212013 江苏省(扬州)数控机床研究院扬州225000

超高压水射流喷嘴移动速度是影响水射流切割质量和效率的关键因素,如何对不同的工件选择最优的喷嘴移动速度是实现水射流柔性切割的主要研究内容。当超高压水射流切割不同材质和几何形状的目标物体时,水射流反射声音特征量也不同,包括... 详细信息

超高压水射流喷嘴移动速度是影响水射流切割质量和效率的关键因素,如何对不同的工件选择最优的喷嘴移动速度是实现水射流柔性切割的主要研究内容。当超高压水射流切割不同材质和几何形状的目标物体时,水射流反射声音特征量也不同,包括反射声音能量和切割声音持续长度,工件越厚,切割时间越长,声音能量越大,反射声音特征量间接反映了工件切割的难易程度,这为优化喷嘴移动速度提供了基础。设计水射流切割声音计算机采集系统,采集的切割反射声音包括背景噪声和工件切割反射声音,基于第二代小波变换和Teager能量算子对水射流切割的反射声音信号处理,抑制背景噪声的影响,提取反映切割不同工件质量的声音特征;利用最小二乘向量机方法对切割喷嘴移动速度和声音特征量进行非线性建模,实现水射流切割的自适应速度优化控制,减少人工经验的试凑,提高生产效率。通过现场多次试验验证所提试验方案的有效性。

关键词：超高压水射流喷嘴移动速度声音特征小波分析支持向量机

超高压水射流“横切纵断”防治复合煤岩动力灾害技术

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煤炭学报 2021年第4期46卷 1271-1279页

作者：易恩兵张永将河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037

针对高地应力、低透气性煤与瓦斯突出及具有冲击地压危险性煤层复合煤岩动力灾害防治的难题,研究了超高压水射流横向切割煤层、纵向切割预裂顶板防治复合煤岩动力灾害技术。理论分析了超高压水射流切割煤岩体机制,超高压水射流切割冲击... 详细信息

针对高地应力、低透气性煤与瓦斯突出及具有冲击地压危险性煤层复合煤岩动力灾害防治的难题,研究了超高压水射流横向切割煤层、纵向切割预裂顶板防治复合煤岩动力灾害技术。理论分析了超高压水射流切割煤岩体机制,超高压水射流切割冲击煤岩体促使其内部产生剪切应力和拉伸应力,加速煤岩体内部裂纹产生与扩展,促使煤岩体沿轴向和径向发生破坏。揭示了超高压水射流防治复合煤岩瓦斯动力灾害原理,超高压水射流横切是指切割煤体卸压增透,纵断是指切割顶板卸荷消能。通过相似材料配比切割实验得到切缝压力100 MPa,喷嘴直径2.5 mm,钻杆旋转速度60 r/min,单刀割缝时间为10 min条件下,切缝深度最大可达152 cm。数值分析表明钻孔内割缝间距为2 m和割缝钻孔间距为8 m时,卸压增渗效果较好。综合分析确定超高压水射流横切煤层纵断顶板合理工艺技术参数,并应用于中煤新集二矿220108工作面灾害防治实践:切割煤体后单孔平均抽采纯量较未割缝钻孔提高3.5倍,煤层透气性系数较未割缝区域提高30倍,瓦斯抽采达标时间缩短38%,煤体支撑压力降低35%;切割顶板后工作面支架阻力分布在20~25 MPa,厚层坚硬顶板均匀垮落,未出现高能量远场动载荷冲击采场现象,表明超高压水射流切割煤岩体显著降低远、近场应力载荷,减弱煤岩瓦斯复合动力灾害的发生。

关键词：超高压水射流复合煤岩动力灾害切缝抽采纯量应力监测