前混合磨料射流磨料加速機(jī)理及分布規(guī)律.pdf

1、前混合磨料射流廣泛應(yīng)用于石油天然氣開采等領(lǐng)域，且起到了不可替代的作用。影響前混合磨料射流切割、沖蝕性能的兩個關(guān)鍵因素分別是水介質(zhì)對磨料的加速性能及磨料在射流中的分布狀態(tài)。對于前混合磨料射流磨料加速機(jī)理的理論研究，目前主要存在以下兩個問題：①將阻力系數(shù)視為常數(shù)；②忽略了巴西特力對磨料加速的影響。由于磨料射流具備較高的速度，傳統(tǒng)方法無法直接測試出磨料的速度場及磨料在射流中的分布規(guī)律，從而無法驗(yàn)證磨料的加速機(jī)理。
　　 本文將阻力系數(shù)

2、作為變量且考慮了巴西特力的基礎(chǔ)上，建立磨料加速的差分模型，并設(shè)計(jì)迭代算法進(jìn)行求解，揭示前混合磨料射流中磨料加速機(jī)理；采用3DPIV技術(shù)結(jié)合自主編程設(shè)計(jì)的磨料中心識別程序測試磨料速度，對加速機(jī)理進(jìn)行驗(yàn)證；采用非參數(shù)假設(shè)檢驗(yàn)法分析磨料在射流中的分布規(guī)律；基于沖蝕實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證前混合磨料射流磨料加速機(jī)理。主要研究成果如下：
　　 ①建立了磨料在高壓管道及噴嘴內(nèi)的運(yùn)動方程和差分模型，結(jié)合迭代算法通過matlab編程得到該模型的數(shù)值解。

3、結(jié)果表明：磨料在高壓管道內(nèi)受到阻力、視質(zhì)量力、巴西特力的影響，其中僅阻力與加速度方向一致且在加速過程中占主要地位；磨料在噴嘴的直線段內(nèi)受力情況與在高壓管道內(nèi)相似，在收斂段內(nèi)主要受到壓強(qiáng)梯度力、視質(zhì)量力、阻力、巴西特力，作用方向均與磨料加速方向一致，且力的大小依次減小。在流量一定的條件下研究噴嘴結(jié)構(gòu)對磨料加速的影響，結(jié)果表明：在一定范圍內(nèi)增加直線段的長度時有助于提高噴嘴出口處的磨料速度；增加收斂段的長度對于提高噴嘴出口處的磨料速度不明顯；

4、噴嘴收斂角較小時磨料加速較為平滑，噴嘴收斂角較小時，在收斂段前半段加速緩慢，收斂段后半段急劇加速，磨料與水相的速度存在較大的滑移速度，加速效果不夠理想。
　　 ②采用3DPIV非接觸測試技術(shù)得出了前混合磨料射流磨料的速度場。通過實(shí)驗(yàn)手段測試噴嘴出口處磨料的速度，對加速機(jī)理進(jìn)行了檢驗(yàn)：借助自行編制的程序?qū)IV獲得的圖片進(jìn)行處理，自動識別磨料的中心，得出磨料的速度；通過參數(shù)假設(shè)檢驗(yàn)驗(yàn)證了磨料速度的理論值和實(shí)驗(yàn)值的一致性，表明兩者無

5、顯著差異，驗(yàn)證了磨料加速機(jī)理的差分模型及迭代算法的合理性。
　　 ③采用非參數(shù)假設(shè)檢驗(yàn)法得出了前混合磨料射流中磨料的分布規(guī)律及噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)等對磨料分布的影響規(guī)律。借助matlab編寫自動識別程序?qū)?DPIV所拍攝的圖片中的磨料進(jìn)行自動識別，獲得磨料中心的坐標(biāo)；利用非參數(shù)假設(shè)檢驗(yàn)法，通過P.P圖及K.S檢驗(yàn)得出磨料在與射流軸心線垂直的斷面上服從正態(tài)分布，并給出對應(yīng)的概率密度函數(shù)；噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)等對磨料分布的影響規(guī)律為：正態(tài)分布函數(shù)的