磨料质量分数对预混合磨料水射流破岩效果的影响

TD713; 预混合磨料水射流是突破煤矿深长钻孔内高效破煤岩技术瓶颈的有效技术,在坚硬顶板治理、沿空留巷和硬煤增透具有广泛应用前景.磨料质量分数是影响其破煤岩效果的重要因素.为明确磨料质量分数对磨料加速、分布以及冲击动能的影响,基于离散元的耦合模型(CFD-DEM模型),考虑颗粒间的摩擦、碰撞,添加颗粒相体积分数和动量源相,修正VOF多相流模型,开发用户自定义函数(UDF)通信接口,精确计算了磨料质量分数对磨料颗粒加速运动与分布的影响,准确描述了磨料粒子对水射流流场的影响.结合预混合磨料水射流破岩实验,得到了以下结论:在固定压力下,不同磨料质量分数的射流液固能量转化效率不同,导致磨料冲击动能不...

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Published in煤炭学报 Vol. 48; no. 1; pp. 251 - 262
Main Authors 魏建平, 王梦园, 杨恒, 张铁岗, 都阳, 刘勇
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室——省部共建国家重点实验室培育基地,河南焦作 454000 2023
河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室——省部共建国家重点实验室培育基地,河南焦作 454000%河南能源集团有限公司,河南郑州 450046
河南理工大学煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心,河南焦作 454000%河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作 454000
河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作 454000
Subjects
CFD-DEM
预混合磨料水射流
磨料质量分数
破岩
冲击动能
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ISSN0253-9993
DOI10.13225/j.cnki.jccs.Z022.1694

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Abstract TD713; 预混合磨料水射流是突破煤矿深长钻孔内高效破煤岩技术瓶颈的有效技术,在坚硬顶板治理、沿空留巷和硬煤增透具有广泛应用前景.磨料质量分数是影响其破煤岩效果的重要因素.为明确磨料质量分数对磨料加速、分布以及冲击动能的影响,基于离散元的耦合模型(CFD-DEM模型),考虑颗粒间的摩擦、碰撞,添加颗粒相体积分数和动量源相,修正VOF多相流模型,开发用户自定义函数(UDF)通信接口,精确计算了磨料质量分数对磨料颗粒加速运动与分布的影响,准确描述了磨料粒子对水射流流场的影响.结合预混合磨料水射流破岩实验,得到了以下结论:在固定压力下,不同磨料质量分数的射流液固能量转化效率不同,导致磨料冲击动能不同.提高磨料质量分数,能够提高破煤岩效果,但存在最优值.每一压力条件下都有与之相适配的最优质量分数,此质量分数下能量转化效率最高,磨料冲击动能最大.如射流压力5 MPa时,80目(0.178 mm)石榴石最优质量分数为11％.同一质量分数下,提高射流压力可提高磨料冲击动能,但是能量转化率和利用率降低.提高压力使射流速度增加,曳力增大,但射流与磨料接触时间缩短,导致射流能量未能及时转化为磨料动能.相较于提高射流压力,适当增加磨料质量分数以提高能量转化效率和能量利用率,是达到最佳破煤岩效果的更经济低能耗的方式.
AbstractList TD713; 预混合磨料水射流是突破煤矿深长钻孔内高效破煤岩技术瓶颈的有效技术,在坚硬顶板治理、沿空留巷和硬煤增透具有广泛应用前景.磨料质量分数是影响其破煤岩效果的重要因素.为明确磨料质量分数对磨料加速、分布以及冲击动能的影响,基于离散元的耦合模型(CFD-DEM模型),考虑颗粒间的摩擦、碰撞,添加颗粒相体积分数和动量源相,修正VOF多相流模型,开发用户自定义函数(UDF)通信接口,精确计算了磨料质量分数对磨料颗粒加速运动与分布的影响,准确描述了磨料粒子对水射流流场的影响.结合预混合磨料水射流破岩实验,得到了以下结论:在固定压力下,不同磨料质量分数的射流液固能量转化效率不同,导致磨料冲击动能不同.提高磨料质量分数,能够提高破煤岩效果,但存在最优值.每一压力条件下都有与之相适配的最优质量分数,此质量分数下能量转化效率最高,磨料冲击动能最大.如射流压力5 MPa时,80目(0.178 mm)石榴石最优质量分数为11％.同一质量分数下,提高射流压力可提高磨料冲击动能,但是能量转化率和利用率降低.提高压力使射流速度增加,曳力增大,但射流与磨料接触时间缩短,导致射流能量未能及时转化为磨料动能.相较于提高射流压力,适当增加磨料质量分数以提高能量转化效率和能量利用率,是达到最佳破煤岩效果的更经济低能耗的方式.
Author 张铁岗
魏建平
都阳
王梦园
刘勇
杨恒
AuthorAffiliation 河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作 454000;河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室——省部共建国家重点实验室培育基地,河南焦作 454000;河南理工大学煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心,河南焦作 454000%河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作 454000;河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室——省部共建国家重点实验室培育基地,河南焦作 454000%河南能源集团有限公司,河南郑州 450046
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Title 磨料质量分数对预混合磨料水射流破岩效果的影响
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