摘要：结合高压水射流和岩石热裂解钻井方法,提出了适用于深部硬地层的高温射流钻井新方法,即利用高速射流对岩石表面形成冲击力,同时高温流体迅速将热量传递给岩石以达到快速破岩的目的。因此高温射流发生装置对最终作用于岩石的射流性能十分重要,设计了两种高温射流燃烧反应发生装置结构(混合装置和对冲装置),利用计算流体力学模拟了常压下不同反应参数对生成的高温射流的影响,并对两种装置进行对比分析和反应规律研究。结果表明:高温的平均射流速度随着甲醇质量流量的增加而增大;气体存在滑脱效应,在满足化学反应方程的理论值的基础上,甲醇的实际质量流量应大于理论质量流量,而氧气的实际质量流量小于理论质量流量,使两者混合和燃烧更加充分,释放更多能量;在本文模型条件下,将空气质量流量控制在0.03~0.04kg/s较为合适,既可以保证反应腔内充分燃烧,又可以获得较高的射流速度;冷水质量流量与喷嘴速度呈线性正相关;在现场实际应用中,应注意控制冷水流量,以免造成射流温度过低。不同空气质量流量条件下,混合装置的射流速度和温度较优。两种装置的射流速度和温度在不同氧气浓度条件下变化规律一致,均先增大、后减小,但是在射流速度方面,对冲装置较优。在现场实际应用时可根据需要达到的射流速度和温度选择不同结构的燃烧装置,使高温射流的性能达到最优。

摘要：高温射流钻井过程中,高温流体在上返时易引起上部井壁岩石的裂解垮塌和钻柱持续高温,为实现安全高效钻井,提出了通过钻柱侧向注冷水的环空冷却方案,研究了射流速度、射流温度和冷水速度等参数对环空冷却效果的影响。研究结果表明:随着射流速度的增加,环空平均温度对射流速度的变化敏感性越来越弱,同时环空平均温度与射流温度呈线性关系。冷水速度存在某一临界值,该临界值与射流速度和井眼直径等因素有关,当冷水速度大于临界值时,既能够保证高温流体对井底的破岩效果,又可以对环空进行较好地冷却。研究中,临界值为射流速度的70%80%,高温射流与冷却水的临界流量比为0.91,且随井筒尺寸的增加而增大。高温射流破岩的能量利用率高,在深井硬地层中采用非接触式破岩可提高钻井速度。在实际较软地层钻井过程中,两侧冷却条件下的高温射流方案在需要进行扩眼钻进的地层具有一定的适用性。

摘要：为了研究等离子体点燃超音速混合气流的过程,设计并验证了超音速燃烧室的三维计算模型,计算出了燃烧室等离子体点火时的流场参数和化学反应规律,分析了等离子体点火对燃烧室内燃烧的影响。计算结果表明:高温等离子体射流的滞止作用通过增加混合气在燃烧室内的停留时间提高了点火效率;等离子体点火时燃烧区域的压力扩散比较充分,内部为压力相对平衡的低速流动;高温等离子体射流高速射向混合气流时产生的速度矢量偏移扩大了点火面积,从而使点火效率得到提高;氢气、空气燃烧的燃烧产物主要是水,燃烧区域局部温度主要受局部放热反应的影响。

摘要：为获得等离子体点火器点火特性,使用自行设计的等离子体点火装置,对不同进口氩气压力和工作电流条件下的等离子体点火器高温射流特性和放电特性进行了实验研究,利用光谱仪对点火器出口处的发射光谱特征进行了测量,并根据光谱特征计算了等离子体的激发温度。结果表明:等离子体点火器的高温射流长度随进口氩气体积流量的增大先增大后减小,随工作电流的增大而增大;等离子体点火器的弧电流随进口氩气体积流量的增大而减小,随电源输出电流增大而增大;等离子体点火器出口射流的激发温度随工作电流的增大而增加,随氩气体积流量的增大而减小,所得结果对等离子体点火系统在航空发动机的实际应用具有一定的指导意义和参考价值。