淹没磨料水射流与非淹没磨料水射流冲蚀破岩效果比对分析.pdf

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1、研究与分析·机械研究与应用·淹没磨料水射流与非淹没磨料水射流冲蚀破岩效果比对分析侯亚康，毛桂庭，阳宁(长沙矿冶研究院深海矿产资源开发利用技术国家重点实验室，湖南长沙410012)摘要：磨料水射流的冲蚀能力主要依赖于磨料颗粒所获得的能量，对非淹没磨料水射流和淹没磨料水射流的冲蚀实验结果进行比对，从能量角度和磨料颗粒速度变化角度分析了造成非淹没磨料水射流和淹没磨料水射流的冲蚀效果差异的原因。关键词：磨料水射流；淹没；非淹没；磨料颗粒；速度中图分类号：TG506．9文献标识码：A文章编号：1006-4414(2010)06—0013—03Comparisonanalysiso

2、ftheefectofrockerosionthsubmergedabrasivewaterjetandunsubmergedabrasivewaterjetHouYa—kang，MaoGui—ting，YangNing(Changsharesearchinstituteofmining&metaUurgy，Statekeylaboratoryoftheexplorationandutilizationofdeep—seamineralresources，ChangshaHunan410012，China)Abstract：Theerosionefectofabrasi

3、vewaterjetmainlydependsontheenergyofabrasiveparticles．Inthepaper，theexperi—mentalresultsofthesubmergedabrasivewaterjetandunsubmergedabrasivewaterjetarecompared，andthecausesofthee—rosionefectofsubmergedabrasivewaterjetandunsubmergedabrasivewaterjetareanalyzedfromtheaspectsofenergyandabras

4、iveparticlesvelocity．Keywords：abrasivewaterjet；submerged；unsubmerged；abrasiveparticles；velocity1引言=∑1mi(2)高压磨料水射流作为工业工具应用已经有许多其中：i为磨料颗粒的轴线方向的速度，若磨料年了，这种切割方法的最大潜力不仅在切割钻削矿物、岩石和混凝土上，而且与传统的切割和钻孑L工具颗粒转动惯量为，则：相比有明显的优点，因为传统的工具存在着固有的缺=∑1i(3)陷1J。由于其优点众多，其已经从加工业扩展到制式中：W；为磨料颗粒转动惯量，若喷嘴外高速水流速造业J。现今兴起

5、的海洋开发热，也需要一种新的水下切割技术，把磨料射流引人水下，不仅以此来突度为，则：破传统水下加工方法无法摆脱的条件限制，而且由于U=1(4)射流在水下引起空化作用，提高了切割效果，所以这其中：M为单位时间内的水质量，将式(2)和式项技术成为各国积极研究的新课题J。文中以大孔径磨料水射流系统在淹没和非淹没两种环境下的冲(3)代入式(1)，即得：蚀破岩作为研究对象，通过数学推导和实验结论相结E=∑~-z,o+∑1m十(5)合的方式比对分析了两种工况下的冲蚀特点。在颗粒加速过程中水对其所做功大小为2磨料水射流冲击能量方程为了探究磨料水射流冲蚀破岩中能量的转化情=』d∑∞+』

6、d∑虿1(6)况，故先做以下假设：①磨料颗粒密度分布均匀；②磨料颗粒统统视作等直径圆球体。当磨料初始速度为0时，则有：设喷嘴外高压水流动能为，出口磨料水射流总，=∑1i+∑了1mi(7)能量为E，磨料颗粒沿轴线方向动能为，磨料颗粒转动动能为，则有：设磨料颗粒半径为r，密度为P。，则：E=W++U(1)mmii：睾了竹，p

7、pP(L8)若磨料颗粒质量为rrti，则：收稿日期：2010—10—29作者简介：侯亚康(1982一)，男，陕西周至人，硕士，主要从事机械设计制造与高压水射流理论方面的研究工作。·13·研穷与分析·机械研究与应用·==×订×r2=8耵r5p(9)誓+P

8、：一a(1D5)解该微分方程可得：则：=÷1Tr3p∑；(10)W=4盯r5p∑(11)(dt“)e-一t(，6)那么可得某一单颗粒的轴向动能和转动动能之只要清楚喷嘴外高速水流的速度方程，则磨料颗粒的速度便可通过式(16)求得。随着现代电子计算比为：452机的发展，可利用流体计算软件进行数值模拟，进而求取喷嘴外高速水流的速度随时间变化方程，代人上等=2竺32一2⋯J(、r~~．iI，(12)式则可得磨料速度变化。现在应用较多的数值模拟丁’ⅣPpi软件有Fluent和Ansys。由上式可知对于某一颗粒来讲，轴向动能和转动为了得到颗粒转动动能