章文峰,盧義玉,湯積仁,陸曉輝,程玉剛
(1.重慶大學(xué) 煤礦災(zāi)害動(dòng)力學(xué)與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400030;2.重慶大學(xué) 復(fù)雜煤氣層瓦斯抽采國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室,重慶 400030)
磨料射流是由固體顆粒(金剛砂、石英砂、陶粒等)與高速流動(dòng)的水流或高壓水流相互混合而形成的液固兩相流[1]。因其切割破碎作業(yè)效率高、作業(yè)過程無熱反應(yīng)區(qū)、不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)[2],目前被廣泛應(yīng)用于石油、煤炭、機(jī)械等行業(yè),如磨料射流油井割縫增產(chǎn)技術(shù)[3]、高壓磨料射流割縫防突技術(shù)[4]、磨料射流拋光技術(shù)[5]等,另外磨料射流在輔助鉆進(jìn)硬巖[6]以及減少隧道開挖爆破振動(dòng)[7]方面也有巨大的應(yīng)用潛力。
磨料射流的磨蝕能力幾乎全由磨料顆粒產(chǎn)生的,在磨料沖蝕過程中,磨料顆粒動(dòng)能的大小決定著沖蝕對象是否產(chǎn)生塑性變形和形成裂縫,同時(shí),材料侵蝕速率也完全取決于磨料速度[8-10]。
目前對前混合磨料射流切割深度的預(yù)測一直備受關(guān)注,如王瑞和[11]、董星[12]、周衛(wèi)東[13]等提出的前混合磨料射流切割深度模型。但在他們的模型中,都沒有體現(xiàn)出磨料速度這一關(guān)鍵參數(shù)。已有研究表明,磨料射流沖蝕巖石或金屬材料時(shí)形成的沖蝕坑是一“V”形剖面,“V”形剖面最深處對應(yīng)著磨料射流的軸心[14]。根據(jù)沈忠厚、李曉紅等[15-16]的研究,磨料射流軸心流體速度是最大,而磨料的速度是通過與流體進(jìn)行動(dòng)量交換之后獲得的。因此,在射流同一截面上,磨料射流軸心磨料速度最大。
為了確定前混合磨料射流切割最大深度,必須得出磨料在射流軸心處的速度。為此,筆者以自由磨料射流軸心磨料為研究對象,利用自由磨料射流軸心流體速度方程及磨料運(yùn)動(dòng)方程,建立自由磨料射流軸心磨料速度模型,基于等分法和迭代求解的數(shù)值求解方法,得出自由磨料射流軸心磨料速度,并利用PIV實(shí)驗(yàn)對磨料速度模型進(jìn)行驗(yàn)證,為建立準(zhǔn)確的磨料射流切割深度模型和實(shí)現(xiàn)磨料射流切割技術(shù)的定量控制提供可靠的理論支撐。
根據(jù)Rajaratnam[17]和Boguslawski[18]等的研究,高壓水射流經(jīng)過噴嘴加速之后,以一種勻速狀態(tài)通過噴嘴出口進(jìn)入空氣中,純水射流進(jìn)入空氣后,其結(jié)構(gòu)可分為初始段和基本段。純水射流的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。初始段是指從噴嘴出口到等速核末端之間的射流區(qū)域。在等速核內(nèi),流體的速度與噴嘴出口的速度相等,而且流體速度大小、方向均相同。基本段,又被稱為射流完全發(fā)展區(qū)域,是指等速核末端之后的區(qū)域。在基本段內(nèi),射流軸心速度與距離噴嘴出口距離成反比關(guān)系。
圖1 純水射流結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure of water-jet flow in free air
射流等速核的長度與噴嘴出口流體速度無關(guān),和噴嘴直徑成正比,則射流等速核長度可以用以下公式表示:
S0=adN
(1)
根據(jù)不同學(xué)者的研究結(jié)論,射流等速核的長度介于4~9.22[19-22]倍的噴嘴直徑之間,所以a=4~9.22。
假設(shè)噴嘴出口的速度為Vw-exit,根據(jù)純水射流結(jié)構(gòu)特性,射流軸心的流體速度沿著射流方向的速度分布可表示為:
(2)
在等速核末端,射流軸心的速度是相等的,于是有:
(3)
則公式(2)可簡化為
(4)
自由磨料射流屬于典型的湍流運(yùn)動(dòng),因此可用BBO方程來描述磨料顆粒在自由磨料射流軸心的運(yùn)動(dòng)。自由磨料射流軸心磨料運(yùn)動(dòng)方程為
FD=Fg+Fp+Fa+FB+FS+FM+FL+FSm
(5)
方程左邊為慣性力FD;方程右邊分別為重力Fg、壓差力FP、附加質(zhì)量力Fa、Basset力FB、Stokes阻力FS、Magnus力FM、顆粒受到的升力FL和Saffman力FSm。
根據(jù)王明波等[23]的研究,當(dāng)磨料顆粒從噴嘴噴出后,磨料顆粒受到的Basset力可以忽略。由于在自由磨料射流中,流體黏性的存在限制了磨料顆粒的旋轉(zhuǎn),磨料顆粒受到的Magnus力也可以忽略。由于流體速度梯度沿徑向變化較慢,磨料顆粒所受到的Saffman力也可以忽略。另外,假設(shè)磨料顆粒是球形的,所以磨料受到的升力為零。由于磨料粒徑較小,在計(jì)算過程暫時(shí)不考慮重力的影響。
所以自由磨料射流軸心磨料運(yùn)動(dòng)方程(5)可以簡化為
FD=Fp+FS+Fa
(6)
對自由流場中單個(gè)顆粒的受力情況進(jìn)行分析,得出公式(6)中各種力的表達(dá)式為
其中
式中:mp和ap分別為磨料質(zhì)量及磨料加速度;Vw和Vp分別表示流體和磨料速度,m/s;dp為磨料粒徑,m;ρw和ρp分別為流體和磨料的密度,kg/m3;CD為Stokes阻力系數(shù),其值與雷諾數(shù)和兩相速度差(VW-VP)有關(guān);Re為雷諾數(shù);dP/dx為沿射流方向的壓強(qiáng)梯度,Pa·s;μ為流體的粘度Pa·s。
將慣性力FD、壓強(qiáng)梯度力FP、附加質(zhì)量力Fa以及Stokes阻力FS的公式代入式(6)可得
(7)
從式(7)可以看出,磨料的加速度不是一個(gè)定值,求出該方程的顯式解是非常困難的。為此提出了基于等分法和迭代算法的近似求解磨料速度的方法,即將磨料的運(yùn)動(dòng)距離等分為一定數(shù)量的線段,假設(shè)磨料在每一等分段內(nèi)的運(yùn)動(dòng)過程中磨料加速度是一常數(shù),利用在每一段內(nèi)的終點(diǎn)速度又是下一分段內(nèi)的起點(diǎn)速度這一特點(diǎn),同時(shí)磨料在開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的初始速度已知,利用迭代求解的方法,求出磨料整個(gè)運(yùn)動(dòng)距離的速度。
具體思路如下:假設(shè)磨料在噴嘴外流場軸心的運(yùn)動(dòng)位移為L,將磨料運(yùn)動(dòng)距離L等分為n段,s=L/n。在每一小段內(nèi),假設(shè)磨料的加速度是一定值,利用在每一段內(nèi)的起點(diǎn)速度,即可求得在每一段的終點(diǎn)速度。假設(shè),在第i段內(nèi),磨料的起始速度為Vpi,磨料在終點(diǎn)的速度為Vpi+1,磨料的加速度為api,那么他們之間滿足以下關(guān)系
(8)
當(dāng)運(yùn)動(dòng)距離s,api,Vpi已知時(shí),則第i段運(yùn)動(dòng)距離的終點(diǎn)速度Vpi+1為
(9)
從式(9)中可以看出,磨料加速度在迭代過程中的表達(dá)式對求解式(9)至關(guān)重要。
在求式(9)之前,首先對dP/dx這一關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。圖2為自由磨料射流軸心壓強(qiáng)變化示意圖。
圖2 自由磨料射流軸心壓強(qiáng)變化示意圖Fig.2 Sketch map of pressure change of the centerline in free abrasive water jet
假設(shè)流體不可壓縮,且忽略自由磨料射流軸心液相的重力勢能,在第i段內(nèi),流體在起點(diǎn)時(shí)的速度為Vwi,壓力為Pi。流體在終點(diǎn)時(shí)速度為Vwi+1,壓力為Pi+1。根據(jù)質(zhì)量守恒定律和伯努利方程可知
(10)
所以
(11)
由于假設(shè)流體在自由磨料射流中的流動(dòng)屬于定常流動(dòng),因此水的速度可以用位置x的函數(shù)表示,于是有
(12)
在初始段內(nèi),由于在軸心處流體的速度是相同的。因此,對自由磨料射流軸心磨料運(yùn)動(dòng)過程可分為初始段和基本段兩個(gè)過程。結(jié)合式(7)、式(11)和式(12),化簡得到初始段和基本段第i段內(nèi)磨料加速度表達(dá)式
(13)
式中:Vw對應(yīng)初始段內(nèi)軸心流體速度,Vpi對應(yīng)初始段內(nèi)第i段起點(diǎn)磨料的初始速度。Vwi和Vwi+1分別對應(yīng)基本段內(nèi)第i段的起點(diǎn)流體速度和終點(diǎn)流體速度,Vpi對應(yīng)基本段內(nèi)第i段的起點(diǎn)磨料速度。
表1 雷諾數(shù)Re與阻力系數(shù)CD取值公式Tab.1 Drag coefficient equations
當(dāng)流體速度和磨料速度變化時(shí),雷諾數(shù)也會變化的,對應(yīng)的阻力系數(shù)也會隨之變化。雷諾數(shù)與阻力系數(shù)之間的取值見表1[24]。
(14)
根據(jù)表1,當(dāng)Re(i)時(shí),即可確定CD(i)。
所以在迭代求解過程中,磨料加速度的表達(dá)式為
(15)
將式(15)代入式(9)即可得到磨料速度在迭代過程的表達(dá)式
(16)
利用參考文獻(xiàn)[25]的方法得到噴嘴出口磨料速度,作為初始段內(nèi)磨料的初始速度,利用式(16)可以計(jì)算得到初始段內(nèi)磨料的速度。而初始段末端的磨料速度又是基本段內(nèi)磨料的初始速度,利用式(16)可以得出基本段內(nèi)磨料的速度。因此,可以得出自由磨料射流軸心任意位置處的磨料速度。
算例條件:Vw-eixt=100 m/s,dN=0.004 m,ρp=2.7×103kg/m3,ρw=1.0×103kg/m3,dp=0.65×10-3m,s0=0.024 8 m,μ=1.14×10-3kg·m-1·s-1,基本段內(nèi)的計(jì)算長度為0.045 2 m,噴嘴出口磨料速度為80 m/s。將上述參數(shù)代入迭代算法中,即可得到自由磨料射流軸心磨料速度、加速度以及雷諾數(shù)和阻力系數(shù)等參數(shù),如圖3~5所示的結(jié)果。
圖3 自由磨料射流軸心流體速度和磨料速度變化趨勢圖Fig.3 Trend chart of fluid velocity and particle velocity at the centerline of free abrasive water jet
圖3是自由磨料射流軸心流體速度與磨料速度隨磨料運(yùn)動(dòng)距離的變化趨勢圖,從圖中看出,流體從噴嘴噴出后,在初始段內(nèi),由于等速核的特性,流體速度保持不變,隨后流體進(jìn)入基本段,流體速度隨著距離噴嘴出口距離的增大逐漸減小。而磨料從噴嘴噴出后,在初始段內(nèi)磨料速度逐漸增大,在初始段末端,磨料速度未達(dá)到速度最大值。隨后磨料進(jìn)入基本段,磨料速度先增加后減小,磨料速度最大值出現(xiàn)在基本段內(nèi)。在本例中,磨料速度與流體速度相同出現(xiàn)在距離噴嘴出口26.96 mm處。磨料速度最大值約為95.18 m/s,出現(xiàn)在距離噴嘴出口32.67 mm處,約為等速核長度的1.32倍,為噴嘴直徑的8.17倍。
圖4為自由磨料射流軸心磨料加速度變化趨勢圖,從圖中可以發(fā)現(xiàn),在初始段內(nèi),磨料的加速度隨著距離的增加逐漸減小,而且磨料的加速度的值為是正的,意味著磨料在初始段內(nèi)一直處于加速狀態(tài),這與圖3中初始段內(nèi)磨料速度的變化趨勢是一致的。根據(jù)初始段內(nèi)磨料加速度表達(dá)式,可知,流體速度保持不變,磨料速度在逐漸增加,同時(shí)由于流體速度比磨料速度大,所以流體速度與磨料速度之差在逐漸減小,而且流體速度與磨料速度之差為正。所以磨料的加速度隨著磨料運(yùn)動(dòng)距離的增加減小,而且為正值。
圖4 自由磨料射流軸心磨料加速度變化趨勢圖Fig.4 Trend chart of particle acceleration at the centerline of free abrasive water jet
在3.84 mm處的雷諾數(shù)等于10 002.90,而在3.85 mm處的雷諾數(shù)等于9 999.79,根據(jù)表1,可知這兩處的阻力系數(shù)分別為0.41、0.42,最終使得在3.85 mm處的加速度要大于3.84 mm處的加速度。
在基本段內(nèi),磨料加速度隨著磨料運(yùn)動(dòng)距離的增加出現(xiàn)了先減小后增大的過程。而且磨料加速度的值出現(xiàn)了正負(fù)值。根據(jù)磨料加速度表達(dá)式可知,基本段內(nèi)磨料加速度由兩部分構(gòu)成。在基本段內(nèi),流體速度是逐漸減小的,所以(Vwi-Vwi+1)大于零,所以Vwi與(Vwi-Vwi+1)的乘積大于零,而且兩者的乘積會隨著磨料運(yùn)動(dòng)距離的增大逐漸減小。在圖3中可看出,在24.8~26.96 mm之內(nèi)流體速度比磨料速度大,流體速度與磨料速度之差仍然大于零。所以根據(jù)加速度的表達(dá)式可知,磨料的加速度大于零,而且加速度的值逐漸減小。因此在這段距離內(nèi),磨料速度逐漸在增加,但是增幅越來越小。
隨著磨料速度的增加,流體速度與磨料速度之差小于零,并且差值逐漸增大,同時(shí)Vwi與(Vwi-Vwi+1)的乘積又在逐漸減小,直到兩者之和等于零時(shí),磨料速度達(dá)到最大值。在圖4中磨料加速度在32.67 mm處等于零,此處磨料速度達(dá)到最大值。磨料達(dá)到最大值后,磨料的加速度變成小于零,所以磨料速度逐漸減小。
根據(jù)力學(xué)分析以及流體速度在初始段軸心的特性,基本段的磨料加速度比初始段內(nèi)的磨料加速度多出一項(xiàng),所以在基本段內(nèi),出現(xiàn)了加速度躍遷的現(xiàn)象。
圖5 自由磨料射流軸心雷諾數(shù)與阻力系數(shù)變化圖Fig.5 The change of Reynolds number and drag coefficient at the centerline of free abrasive water jet
圖5是磨料沿著自由磨料射流軸心運(yùn)動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù)Re和阻力系數(shù)CD的變化圖。初始段內(nèi),隨著磨料運(yùn)動(dòng)距離的增加,磨料速度增大,而流體速度不變,所以流體速度與磨料速度之差的絕對值隨之減小,因此雷諾數(shù)隨著磨料運(yùn)動(dòng)距離的增加而減小。而在基本段內(nèi)一定距離內(nèi),由于流體速度在減小,磨料速度在增加,所以磨料速度與流體速度之差的絕對值隨之減小,雷諾數(shù)隨之減小。而后流體速度和磨料速度都在減小,兩者減小幅度不一致,從圖中可以看出,雷諾數(shù)隨著磨料運(yùn)動(dòng)距離的增加先增大而后逐漸減小。
從圖5中可以看出,在整個(gè)過程中,阻力系數(shù)的值是一個(gè)變化值。阻力系數(shù)基本上是隨著磨料運(yùn)動(dòng)距離的增加先增大后減小的規(guī)律。因此,在研究磨料的運(yùn)動(dòng)過程時(shí),不可將阻力系數(shù)CD當(dāng)做一個(gè)定值處理。
綜上分析,可知自由磨料射流軸心磨料速度變化規(guī)律,即在初始段內(nèi)磨料速度逐漸增大,但是磨料速度未達(dá)到速度最大值。在基本段內(nèi),磨料速度再次增加,直到達(dá)到最大值,隨后,磨料速度開始逐漸減小。
為了對該模型進(jìn)行驗(yàn)證,本文利用PIV系統(tǒng)對噴嘴出口的磨料射流進(jìn)行拍攝實(shí)驗(yàn),并利用文獻(xiàn)[26]的方法,得到了自由磨料射流軸心不同軸向位置的磨料速度。利用PIV實(shí)驗(yàn)測得的磨料速度與模型理論值進(jìn)行對比,驗(yàn)證模型的正確性。
本實(shí)驗(yàn)是在煤礦災(zāi)害動(dòng)力學(xué)與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成的。圖6為磨料射流PIV實(shí)驗(yàn)示意圖。實(shí)驗(yàn)所用PIV系統(tǒng)由YAG New Wave雙脈沖固體激光發(fā)生器、TSI630057型工業(yè)CCD相機(jī)和TSI 610034型同步控制器組成,全部購自于美國TSI公司。其中,激光發(fā)生器輸出能量為240mJ/Pulse,脈沖頻率15 Hz ;CCD相機(jī)測速范圍為0~1 000 m/s,分辨率為1 600 ×1 000(2M);鏡頭為Nikon 50 mm/F1.8,鏡頭尺寸:45×68×66 mm;同步器提供一對Flash Lamp和Q-switch信號,延時(shí)精度15 n。此PIV系統(tǒng)測速精度為±1.0%,能夠滿足實(shí)驗(yàn)需要。
圖6 磨料射流PIV實(shí)驗(yàn)示意圖Fig.6 Schematic diagram of PIV experiments on Abrasive Water Jet
在實(shí)驗(yàn)中,分別對3.2 MPa下的不同噴嘴直徑(3.2 mm,3.8 mm,4.5 mm)的收斂型噴嘴的磨料射流進(jìn)行了PIV實(shí)驗(yàn),以及對3.2 mm直徑的不同泵壓下(1.0 MPa,3.2 MPa,5.0 MPa)的收斂型噴嘴的磨料射流進(jìn)行了PIV實(shí)驗(yàn)。磨料射流噴嘴出口PIV實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置見表2。PIV實(shí)驗(yàn)的拍攝范圍為從噴嘴出口到距離噴嘴出口約70 mm的范圍。
表2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置Tab.2 Parameter settings for the experiment
根據(jù)參考文獻(xiàn)[26],計(jì)算得到噴嘴出口磨料速度的初始速度。同時(shí)等速核長度為噴嘴直徑的6.2倍[10]。噴嘴出口水的速度按照經(jīng)驗(yàn)公式(17)取值。
(17)
圖7~圖11為不同結(jié)構(gòu)噴嘴在不同泵壓下自由磨料射流軸心磨料速度理論值與實(shí)測值對比圖。
圖7 1.0 MPa下3.2 mm噴嘴外流場軸心磨料速度理論值與實(shí)測值對比圖Fig.7 Comparison of the measured and calculated particle velocities at the jet centerline for 3.2 mm nozzle at 1.0 MPa
圖8 3.2 MPa下3.2 mm噴嘴外流場軸心磨料速度理論值與實(shí)測值對比圖Fig.8 Comparison of the measured and calculated particle velocities at the centerline for 3.2 mm nozzle at 3.2 MPa
圖9 5.0 MPa下3.2 mm噴嘴外流場軸心磨料速度理論值與實(shí)測值對比圖Fig.9 Comparison of the measured and calculated particle velocities at the jet centerline for 3.2 mm nozzle at 5.0 MPa
圖10 3.2 MPa下3.8 mm噴嘴外流場軸心磨料速度理論值與實(shí)測值對比圖Fig.10 Comparison of the measured and calculated particle velocities at the centerline for 3.8 mm nozzle at 3.2 MPa
圖11 3.2 MPa下4.5 mm噴嘴外流場軸心磨料速度理論值與實(shí)測值對比圖Fig.11 Comparison of the measured and calculated particle velocities at the centerline for 4.5 mm nozzle at 3.2 MPa
圖7~圖9對應(yīng)的是3.2 mm噴嘴外流場軸心磨料速度理論值與實(shí)測值對比圖,從圖中可以看出,壓力為1.0 MPa、3.2 MPa以及5.0 MPa時(shí),在磨料射流初始段內(nèi),即圖中0~19.84 mm范圍內(nèi),磨料速度實(shí)測值與理論值的變化趨勢一致,都呈現(xiàn)出增加趨勢。在基本段內(nèi),即圖中19.84~70 mm范圍內(nèi),磨料速度實(shí)測值與理論值的趨勢都是先增大后減小的趨勢。磨料速度的最大值出現(xiàn)在磨料射流的基本段內(nèi)。
圖10和圖11對應(yīng)的是3.2 MPa下,3.8 mm噴嘴與4.5 mm噴嘴外流場軸心磨料速度理論值與實(shí)測值對比圖。從圖中可以看出,對于3.8 mm噴嘴,磨料速度實(shí)測值與理論值在0~23.56 mm范圍內(nèi)(對應(yīng)磨料射流初始段)都在增加,在23.56~70 mm范圍內(nèi)(對應(yīng)磨料射流基本段)磨料速度實(shí)測值與理論值先增大后減小,磨料速度的最大值出現(xiàn)在磨料射流的基本段內(nèi)。對于4.5 mm噴嘴,軸心磨料速度實(shí)測值與理論值與3.8 mm噴嘴的磨料速度變化趨勢一致,磨料速度在初始段內(nèi)先增加,但是速度未達(dá)到最大值,隨后磨料速度在基本段內(nèi)進(jìn)一步增加,直至磨料速度達(dá)到最大值,而后開始減小。
從圖7~圖11可以看出,噴嘴外流場軸心磨料速度PIV實(shí)測值的變化趨勢與理論值的變化趨勢是一致的。
利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法對磨料速度實(shí)測值與理論值進(jìn)行進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)分析得到,磨料速度PIV實(shí)測值與理論值的平均百分比誤差分別為2.23%,2.56%,2.32%,2.13%和1.59%。磨料速度PIV實(shí)測值與理論值的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.84 m/s,1.39 m/s,1.64 m/s,1.09 m/s和1.05 m/s。說明,磨料速度PIV實(shí)測值與理論值的大小吻合度較高,進(jìn)一步對模型的正確性和準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證。
(1)為了研究自由磨料射流磨料速度,本文以自由磨料射流軸心磨料為研究對象,利用自由磨料射流軸心流體速度方程及磨料運(yùn)動(dòng)方程,建立了自由磨料射流軸心磨料速度模型。
(2)為了求解該速度模型,提出了基于等分法和迭代算法的數(shù)值求解方法,即將磨料的運(yùn)動(dòng)距離等分為一定數(shù)量的線段,假設(shè)磨料在每一等分段內(nèi)的運(yùn)動(dòng)過程中磨料加速度是一常數(shù),利用迭代求解的方法,求出磨料的速度。
(3)自由磨料射流軸心磨料速度隨著磨料運(yùn)動(dòng)距離的增加先增大后減小。在初始段末端磨料速度未達(dá)到速度最大值,磨料速度最大值出現(xiàn)在基本段內(nèi)。
(4)磨料速度PIV實(shí)測值和理論值的變化趨勢基本一致,實(shí)測值與理論值的平均百分比誤差和標(biāo)準(zhǔn)偏差分別小于3%和2 m/s,吻合較好,驗(yàn)證了該速度模型的正確性和準(zhǔn)確性。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 林曉東,盧義玉,湯積仁,等.基于SPH-FEM耦合算法的磨料水射流破巖數(shù)值模擬[J].振動(dòng)與沖擊,2014,33(18): 170-176.
LIN Xiaodong,LU Yiyu,TANG Jiren,et al.Numerical simulation of abrasive water jet breaking rock with SPH-FEM coupling algorithm[J].Journal of Vibration and Shock, 2014,33(18): 170-176.
[2] BALZ R,MOKSO R,NARAYANAN C.Ultra-fast X-ray particle velocimetry measurements within an abrasive water jet [J] .Experiments in Fluids, 2013, 54(3): 1476.
[3] 于鴻春.磨料射流油井割縫技術(shù)與理論的研究[D].北京:中國石油大學(xué),2007.
[4] 林柏泉,呂有廠,李寶玉,等.高壓磨料射流割縫技術(shù)及其在防突工程中的應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào),2007(9): 959-963.
LIN Baiquan, Lü Youchang, LI Baoyu, et al.High pressure abrasive hydraulic cutting seam technology and its application in outbursts prevention [J].Journal of china Coal Society, 2007(9): 959-963.
[5] 李兆澤.磨料水射流拋光技術(shù)研究[D].長沙:國防科學(xué)技術(shù)大學(xué),2011.
[6] LU Yiyu, TANG Jiren, GE Zhaolong, et al.Hard rock drilling technique with abrasive water jet assistance[J].International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 2013, 60(2): 47-56.
[7] KIM J G, SONG J J.Abrasive water jet cutting methods for reducing blast-induced ground vibration in tunnel excavation[J].International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 2015, 75: 147-158.
[8] NEILSON J H, GILCHRIST A.An analytical and experimental investigation of the velocities of particles entrained by the gas flow in nozzles[J].Journal of Fluid Mechanics, 1968, 33(1): 131-149.
[9] STEVENSON A N J, HUTCHINGS I M.Scaling laws for particle velocity in the gas-blast erosion test[J].Wear, 1995, 181(95): 56-62.
[10] LI H Z, WANG J, FAN J M.Analysis and modelling of particle velocities in micro-abrasive air jet[J].International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2009, 49(11): 850-858.
[11] 王瑞和,仲冠宇,周衛(wèi)東,等.基于基因表達(dá)式編程算法的磨料射流切割深度預(yù)測模型[J].中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,39(1): 60-65
WANG Ruihe,ZHONG Guanyu,ZHOU Weidong,et al. A model for predicting cutting depth of casing using AWJ technique based on gene expression programming algorithm[J].Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science),2015,39( 1) : 60-65..
[12] 董星,馬安昌,吳財(cái)芳,等.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的前混合磨料射流切割深度的研究[J].煤炭學(xué)報(bào),2002(4): 430-433.
DONG Xing, MA Anchang, WU Caifang, et al.Neural network method and the study of the cut depth of DIA jet[J].Journal of China Coal Society, 2002(4): 430-433.
[13] 周衛(wèi)東,王瑞和,楊永印,等.前混式磨料水射流切割套管的深度計(jì)算模型[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2001(2): 3-5+11.
ZHOU Weidong, WANG Ruihe, YANG Yongyin, et al.Models for calculating cutting depth of casing by premixing abrasive water jet[J].Journal of the University of Petroleum China, 2001(2): 3-5.
[14] 湯積仁,盧義玉,孫惠娟,等.基于CT方法的磨料射流沖蝕損傷巖石特性研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2016(2): 297-302.
TANG Jiren, LU Yiyu,SUN Huijuan, et al.Study of erosion and damage characteristics of rock by abrasive water jet using CT[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2016(2): 297-302.
[15] 沈忠厚.水射流理論與技術(shù)[M].東營: 石油大學(xué)出版社, 1998:293-327.
[16] 李曉紅, 盧義玉, 向文英, 等.水射流理論及在礦業(yè)工程中的應(yīng)用[M].重慶:重慶大學(xué)出版社, 2007:39-40.
[17] RAJARATNAM N.Turbulent Jets[J].Developments in Water Science, 1976, 76(5): 77-82.
[18] BOGUSLAWSKI L, CO P.Flow structure of the free round turbulent jet in the initial region[J].Journal of Fluid Mechanics, 1979, 90 (3): 531-539.
[19] ABRMOVICH G, SCHINDEL L.General properties of turbulent jets[M].MIT press, 1963.
[20] ALBERTSON M L, DAI Y B, JENSEN R A, et al.Diffusion of submerged jets[J].Transactions of the American Society of Civil Engineers, 1950, 115(1): 639-664.
[21] CROW S C, CHAMPAGNE F H.Orderly structure in jet turbulence[J].Journal of Fluid Mechanics, 1971, 48(3): 547-591.
[22] BUSH W B, KRISHNAMURTHY L.Asymptotic analysis of the fully developed region of an incom-pressible, free, turbulent, round jet[J].Journal of Fluid Mechanics, 1991, 223: 93-111.
[23] 王明波,王瑞和.噴嘴內(nèi)液固兩相射流流場的數(shù)值模擬[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) ,2005(5): 46-49.
WANG Mingbo,WANG Ruihe.Numerical simulation on fluid-particle two-phase jet flow field in nozzle[J] .Journal of the University of Petroleum , China,2005(5):46-49.
[24] MORIS S A, ALEXANDER A J.An investigation of particle trajectories in two phase flow system[J].J.Fluid Mech., 1972, 55(2): 193-208.
[25] 左偉芹, 王曉川, 郝富昌,等.基于迭代算法的磨料顆粒加速機(jī)制研究[J].中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2016, 40(4):104-109.
ZUO Weiqin,WANG Xiaochuan,HAO Fuchang, et al.Research on acceleration mechanism of abrasive in pre-mixed abrasive water-jet based on iterative algorithm[J].Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Sciences), 2016, 40(4):104-109.
[26] 章文峰,盧義玉,湯積仁,等.基于PIV技術(shù)的磨料水射流中固體磨料粒子速度分布實(shí)驗(yàn)研究[J].振動(dòng)與沖擊,2016,35(8): 159-165.
ZHANG Wenfeng,LU Yiyu,TANG Jiren,et al.Experimental study of velocity distribution of solid abrasive particles in abrasive water jets based on PIV technology[J].Journal of Vibration and Shock, 2016,35(8): 159-165.