煤層割縫器噴嘴結(jié)構(gòu)設計及布置方式優(yōu)化.pdf

1、高壓水射流割縫增加煤層透氣性技術(shù)是治理煤礦瓦斯事故的主要措施之一。煤層割縫系統(tǒng)的關鍵部件為割縫器噴嘴。由于割縫噴嘴內(nèi)部流道結(jié)構(gòu)十分復雜,目前對其最優(yōu)結(jié)構(gòu)以及其在割縫器上布置方式的研究尚不完善,嚴重制約了割縫深度的進一步提高。因此,開展對割縫噴嘴內(nèi)部流道結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計以及在割縫器上布置方式的研究,對實現(xiàn)煤層瓦斯高效抽采具有重大的工程意義。
　　本文在原割縫噴嘴結(jié)構(gòu)的基礎上,提出一種新型雙梯度噴嘴結(jié)構(gòu)。通過數(shù)值模擬軟件Fluent結(jié)合實

2、驗室PIV試驗,優(yōu)化出了最優(yōu)的雙梯度噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)。在此基礎上,對割縫器噴嘴的布置方式進行了優(yōu)化設計,并通過室內(nèi)割縫試驗對割縫效果進行了驗證。本文主要研究成果如下:
　　①根據(jù)噴嘴結(jié)構(gòu)設計理論,分析了原割縫噴嘴內(nèi)部流道設計引起出口射流能量損失、射流發(fā)散的成因。提出采用新型雙梯度噴嘴結(jié)構(gòu)來提高高壓水射流的射流密集性和能量轉(zhuǎn)化效率。
　　②利用Fluent對新型雙梯度噴嘴設計結(jié)構(gòu)進行數(shù)值模擬,得出裝配在Φ63型割縫器的雙梯度噴嘴的

3、最優(yōu)結(jié)構(gòu),即;L1=6mm、θ1=18°、θ2=35°、L=6mm、d=2.5mm;利用PIV測試,同普通噴嘴對比分析得出該結(jié)構(gòu)參數(shù)的雙梯度噴嘴在150mm靶距處流場平均速度最大,并且在射流軸心處速度較大,分布均勻。由射流軸心到射流邊界速度逐漸減小且變化較顯著。射流軸心處粘性應力較小,有利于射流動能的傳播,并且在射流軸心處的雷諾應力趨于一致,數(shù)值較小,說明軸心處脈動速度較小。綜合判定該新型噴嘴結(jié)構(gòu)較為理想。
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4、計算軟件對割縫器內(nèi)部流場進行模擬,在當量直徑相等的情況下,對噴嘴安裝個數(shù)進行了優(yōu)化,結(jié)果表明:增加噴嘴個數(shù)使得割縫器內(nèi)部紊流區(qū)的湍流強度降低。在保證射流出口速度不變的情況下,改善了噴嘴出口射流的密集性。提高了割縫器割縫的效率,縮短了割縫時間。
　?、荛_展了室內(nèi)模擬高壓水射流割縫實驗,對噴嘴在割縫器上的安裝角度進行了優(yōu)化。結(jié)果表明:噴嘴在割縫器上由垂直安裝改變?yōu)橄蚋羁p器旋轉(zhuǎn)方向傾斜且傾斜角α=10°時,割縫深度比垂直安裝時提高了1.