煤巖高壓水力割縫機(jī)噴嘴特性研究.pdf

1、高壓水射流切割技術(shù)是高壓水射流的一個重要應(yīng)用分支，作為一種新型的切割方式，其特點(diǎn)是切割能力強(qiáng)、可控性好、污染小，因此在工程領(lǐng)域中，高壓水射流切割技術(shù)逐漸被廣泛應(yīng)用?；谏鲜鎏攸c(diǎn)以及礦井設(shè)備的選型原則：低危險性、高防爆性，通過切割煤巖，形成人工裂隙，釋放煤層中的瓦斯，保證煤礦開采的安全性。為了完善高壓水射流切割技術(shù)，提高煤層瓦斯抽放率，本文重點(diǎn)研究高壓水力割縫機(jī)核心部件--噴嘴。
　　 在高壓水射流切割煤層的過程中，噴嘴不僅是高壓

2、水系統(tǒng)的發(fā)生元件，同時也是切割煤層的執(zhí)行元件。因此，噴嘴切割性能的優(yōu)劣直接影響到高壓水射流的能量分布和切割煤層的質(zhì)量。本課題在高壓水射流技術(shù)的基礎(chǔ)上，以錐直型噴嘴為中心展開討論研究。
　　 噴嘴的幾何參數(shù)與射流壓力影響了高壓水射流的流場分布。目前，由于分析高壓水射流的理論知識不夠成熟，且實(shí)驗(yàn)方法耗資大、周期長，所以本文采取了計(jì)算機(jī)仿真模擬技術(shù)對高壓水射流切割噴嘴的內(nèi)外部流場進(jìn)行分析與探索。
　　 本文分別設(shè)計(jì)了不同噴嘴收

3、縮角、噴嘴出口直徑、噴嘴長徑比三種方案，分析了上述幾何參數(shù)對噴嘴內(nèi)外部流場的影響。根據(jù)對模擬結(jié)果的分析與研究：收縮角在逐漸增大的過程中，噴嘴出口速度逐漸降低，但在收縮角從0°～12°遞增過程中，射流核心段逐漸增大，收縮角在增至12°之后，射流核心段基本保持不變，為了保持較長的射流核心段和較高的噴嘴出口速度，噴嘴收縮角確定為12°左右；噴嘴出口直徑越小，其出口速度越大，結(jié)合系統(tǒng)所提供的最大工作壓力，確定噴嘴出口直徑為1.5mm；針對不同噴

4、嘴長徑比進(jìn)行仿真分析得出：噴嘴出口速度隨著長徑比的增大而逐漸下降，為了保持噴嘴具有較高的出口速度和較長的射流核心段，確定噴嘴的長徑比為3；另外，本文根據(jù)仿真模擬得出的數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)值分析原理，耦合出噴嘴出口速度與噴嘴幾何參數(shù)、射流壓力的函數(shù)關(guān)系式。
　　 最后，文章在高壓水射流理論的基礎(chǔ)上，從噴嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、噴嘴的幾何參數(shù)、射流參數(shù)三方面分析了高壓水射流的切割性能，得出相關(guān)的研究結(jié)果，為此類切割噴嘴的性能分析、合理設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)優(yōu)化提