摘要：为了分析水射流构造自由面情况下的滚刀切割破岩特性,本文采用有限元模拟分析方法,建立自由面工况下滚刀破岩模型,模拟不同切宽下滚刀切割岩石动态过程,得到水射流构造自由面工况下滚刀破岩载荷、破岩状态等变化规律,并利用线性切割实验进行验证。研究结果表明:水射流构造自由面后滚刀切割过程中,岩石会产生表面和内部拉伸裂纹,且当切宽小于临界值50 mm时,滚刀临近自由面侧的拉伸裂纹可以延伸到自由面,促进岩石破碎;水射流构造自由面情况下的滚刀破岩垂直载荷最大,侧向载荷最小,且合适的切宽可以显著改善滚刀受载;当滚刀能有效利用水射流构造的自由面破岩时,其破岩比能耗远低于无自由面效应下的滚刀破岩比能耗,前者仅约为后者的30%,破岩效率得到显著提高。研究结果可为水射流辅助滚刀破岩参数设计提供依据。

摘要：切根已成为退化羊草草原恢复的重要改良方法之一。针对传统牧草切根机存在的扰动大、刀盘入土困难、易损伤等技术难题,设计了一种水射流切根装置。通过理论分析确定了喷嘴的直径范围为0.25~0.5mm,水射流装置射流速度为400m/s,对土地表面的冲击压强为16MPa。试验结果表明,水射流切根装置的切割深度与喷嘴直径和装置作业速度密切相关:当速度相同时,直径越大,流量越大,切割深度越大;当直径相同时,切割速度越小,切割深度越大。

摘要：为满足莲藕采挖作业多样化的试验要求,提高试验装置的互换性、通用性与测量精度,设计了圆周往复水射流式挖藕试验装置。介绍了试验装置中试验台的结构设计、工作原理和关键部件设计,分析了圆周往复水射流结构在不同条件的挖掘深度及莲藕浮出率等,确定了试验指标,并进行了台架验证试验。结果表明:圆周往复水射流式挖藕试验装置能够有效反映喷头直径、喷射角度和喷头与泥土表面距离对莲藕采挖效果和挖掘深度的影响。当喷头直径不变时,喷射角度越小挖掘深度越深,喷头与泥土表面距离越小挖掘深度越深,喷射角度越大冲刷面积越大,成正比例关系;喷头与泥土表面距离越近、喷射角度越小情况下莲藕的浮出率越高,满足圆周往复水射流式挖藕试验要求。

摘要：针对现有清洗设备存在体量庞杂、清洗功能适配性差、清洗产生的含油污水难以处理达标等问题,提出一种由射流清洗、负压抽吸、多级过滤、油水分离、循环清洗等流程组成的成品油罐水射流清洗及水处理一体化工艺,开展了清洗喷枪设计,配套负压抽吸及清洗泵送系统以及油水分离系统,完成成品油罐清洗成套设备研制。水射流清洗及水处理试验效果良好,实现了25~10000 m^(3)各种结构类型的成品油罐高效、安全清洗。研究成果可为各类成品油罐无人进罐清洗提供工程方案和理论设计依据。

摘要：植物工厂以生产效率高、自动化程度高、不受自然条件影响及环境可调控等优点,被应用于科学研究、植物生产等领域。但植物工厂栽培板存在清洗费力、清洗不彻底等问题,不仅影响植物生长,还制约植物工厂生产效率的提高。对比既有设施农业清洁方式,研究植物工厂栽培板清洗工作原理,利用AutoCAD软件设计了一种基于高压水射流清洗方式的植物工厂栽培板清洗装置。研究了清洗结构、喷嘴类型和水射流影响因子(水射流锥角、水射流压力、靶距和水射流速度)等内容,确定适用于植物工厂栽培板清洗的清洗装置最优参数为水射流靶距20~60 cm、水射流锥角65°和水射流压力1 000 Pa,清洗喷嘴类型为口径3.5 mm的扇型喷嘴。利用Soildworks软件对栽培板清洗效果进行预测及仿真分析,试验结果表明,基于高压水射流的清洗装置可以达到有效清洗植物工厂栽培板的目的,有效提高植物工厂工作效率。该研究可为栽培板清洗装置研究提供理论基础和技术支撑,为植物工厂清洗装置设计开发提供参考。

摘要：为提高水力割缝增加煤层透气性的工作效率,设计研发了高压水射流割缝钻头。采用数值模拟探究了淹没条件与非淹没条件下的叶轮喷嘴导向角度与射流流场扩散角的演化关系以及喷头在旋转与非旋转条件下的射流流速分布特征,最终采用气体示踪法对新型钻头的割缝效果进行检验。结果表明:叶轮导向角大于45°后,非淹没射流扩散角的增大速率更快,表现出了明显的紊流特征。综合能量损失率、射流扩散角的影响,最终选取45°的叶轮导向角作为设计角度。喷头的旋转对于轴向与切向的射流速度具有促进作用,尤其对于切向射流速度提升效果更强,在钻头侧面安装多喷头相比于在钻头前方安装喷头可有效提升扩孔效率。瓦斯抽采影响半径达到4.5 m与9 m的时间与普通割缝钻头相比分别加快了6 d与17 d.

摘要：管道内流场结构特性是影响自驱钻头自进力和解堵除垢能力的关键因素。针对多股射流共同作用下管道内流场变化影响自进力和返水阻力的问题,基于FLUENT数值分析不同条件下管道内流场变化,得到后置喷嘴角度、转速、环空比和系统压力对自进力的影响规律,揭示综合摩擦因素理论值存在误差的原因,通过正交数值模拟明确自进力影响因素的主次关系。基于自进力测试实验装置,开展不同条件下自进力测试实验,验证数值模拟结果的正确性。结果表明:涡旋挤压碰撞作用和射流卷吸作用导致自驱钻头前后产生压力梯度,从而提高自进力。后置喷嘴倾角由20°增加至45°,壁面射流逆流速度由6.2 m/s增加至14.5 m/s,涡旋碰撞挤压后压力峰值由68.47 kPa增加至80.79 kPa,导致压差力增大。提高转速能够减小一次涡旋范围,当涡旋在旋转体区域发生碰撞挤压时,旋转体所受压差力增加。提高转速、系统压力或减小环空比均会增强后置射流的封隔作用,从而提高自进力。由于理论计算返水阻力时忽略了涡旋区的影响,因此综合摩擦因数理论值需要修正。环空比、系统压力、转速和后置喷嘴倾角的极差分别为300.07、111.87、60.42、36.32,影响因素主次关系为:环空比>系统压力>转速>后置喷嘴倾角。本研究可为自驱钻头结构优化设计、提高自驱钻头的自进力提供参考。

摘要：为探究水射流清洗猪粪的过程和效果,利用计算流体力学和离散元法(computational fluid dynamics-discrete element method,CFD-DEM)耦合对水射流清洗猪粪过程进行数值模拟与验证。结果表明:1)水射流清洗猪粪过程分为三个阶段:自由射流清洗、淹没射流清洗、冲击强化,水射流到达猪粪层表面后0.45 s内清洗效率最高;2)在同结构参数和工作压力下,锥形喷嘴清洗效果优于直锥形喷嘴,连续清洗0.45 s作用时长锥形喷嘴清洗量比直锥形喷嘴高约0.83%;3)锥形喷嘴最大水平清洗移速与清洗目标深度、工作压力负相关,与喷嘴出口直径无明显关系,其中清洗目标深度影响最大。该研究提出了60%含水率的猪粪颗粒粗粒建模方法,并通过清洗试验验证了耦合仿真的有效性,研究结果可为畜禽粪污清洗装备的设计与优化提供理论参考。

摘要：为了研究磨料水射流辅助与常规工况下滚刀破岩特性的差异性,开展了两种工况下的破岩试验,对比分析了不同切削间距下岩石破碎状态、破岩载荷以及破岩效率的差异性。研究结果表明,相较于传统滚刀破岩,磨料水射流辅助滚刀破岩可提高滚刀贯入硬岩的能力,促使裂纹在岩体内部的拓展,产生大尺寸岩渣。磨料水射流辅助下滚刀垂直力和滚动力均明显低于常规滚刀破岩,平均下降了39%和25%,同时,磨料水射流辅助下滚刀破岩量增多,破岩效率进一步提高,约为常规滚刀破岩效率的1倍~2倍。研究结果为提高硬岩地质条件下滚刀破岩性能,实现隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)的高效掘进提供参考。

摘要：钻孔水射流增透技术是目前最具发展潜力的一类煤矿智能化瓦斯抽采技术,为了在智能化设计中明确技术参数,针对钻孔环境下水射流的冲击破煤岩特性和机制,分析了影响钻孔水射流破煤岩性能的关键参数,探讨了接触面形状对钻孔水射流破煤岩特性的影响规律,提出了水射流的多层级冲击破煤岩机制。研究结果表明:水射流冲击钻孔形成的破碎深度、破碎直径和破坏时长较冲击平面时分别浅43%、大30%和多1.3倍;水射流对煤岩体的破坏效果是外部射流冲击载荷(动载)和内部孔隙压力载荷(静载)共同作用结果;钻孔内水射流对煤岩体的破坏形式以动静载结合作用为主,射流冲击应力更易传导到煤岩体内部,造成更多裂隙通道,产生更优的卸压增透效果。