高壓水射流破巖機(jī)理研究

內(nèi)容概要

　　《高壓水射流破巖機(jī)理研究》以建立射流破巖的理論體系為出發(fā)點(diǎn)，采用基礎(chǔ)理論與應(yīng)用技術(shù)循序漸進(jìn)的章節(jié)布局；以巖石破碎和高壓水射流基本理論為基礎(chǔ)，以高壓水射流破巖載荷類型和流固耦合作用方式的分析為研究的基本切人點(diǎn)，形成數(shù)值模擬方法；結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，分析高壓水射流破巖的內(nèi)在機(jī)理和過程，并結(jié)合生產(chǎn)需要進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn)。

書籍目錄

第1章緒論 1.1水射流技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用 1.1.1水射流技術(shù)的發(fā)展概況 1.1.2水射流技術(shù)的分類 1.1.3水射流技術(shù)的應(yīng)用概況 1.2高壓水射流破巖機(jī)理研究概況 1.2.1高壓水射流切割巖石理論模型 1.2.2高壓水射流沖擊巖石理論模型 1.2.3高壓水射流直接破巖機(jī)理研究 1.2.4高壓水射流輔助破巖機(jī)理研究 參考文獻(xiàn) 第2章巖石破碎理論研究 2.1巖石破碎理論的研究方法和研究內(nèi)容 2.1.1巖石破碎理論的研究方法 2.1.2巖石破碎理論的研究內(nèi)容 2.2巖石破碎方法 2.2.1傳統(tǒng)巖石破碎方法 2.2.2新型巖石破碎方法 2.3巖石破碎理論 2.3.1剪切破壞強(qiáng)度理論 2.3.2脆斷破壞強(qiáng)度理論 2.3.3統(tǒng)計(jì)強(qiáng)度理論 2.3.4裂紋擴(kuò)展理論 2.3.5巖石損傷破壞理論 參考文獻(xiàn) 第3章高壓水射流理論研究 3.1流體的基本性質(zhì) 3.1.1流體的三相狀態(tài) 3.1.2流體的可壓縮性 3.1.3流體的粘性 3.1.4水的表面張力 3.1.5水的溶氣性 3.2流體力學(xué)基本方程 3.2.1微分方程 3.2.2初始條件和邊界條件 3.3流體的紊流過程分析 3.3.1紊流參數(shù)的研究方法 3.3.2紊流的基本方程 3.4噴嘴出流及其特征參數(shù) 3.4.1小孔出流 3.4.2噴嘴出流 3.5淹沒射流的結(jié)構(gòu)特性 3.5.1淹沒射流的結(jié)構(gòu) 3.5.2淹沒射流的速度分布 3.6非淹沒射流的結(jié)構(gòu)特性 3.6.1非淹沒射流的結(jié)構(gòu) 3.6.2非淹沒射流的特性分析 3.6.3非淹沒射流的動(dòng)壓分布 3.7旋轉(zhuǎn)射流的結(jié)構(gòu)特性 3.7.1旋轉(zhuǎn)射流的速度分布 3.7.2旋轉(zhuǎn)射流的壓力分布 3.8脈沖射流的結(jié)構(gòu)特性 3.8.1脈沖流體的水擊特性 3.8.2水擊壓力的計(jì)算 3.8.3水擊特性的利用 參考文獻(xiàn) 第4章高壓水射流流場與破巖特性研究 4.1連續(xù)射流流場與破巖特性研究 4.1.1連續(xù)射流對物體的作用特性 4.1.2連續(xù)射流沖擊物體引起的應(yīng)力場 4.1.3無圍壓淹沒條件下連續(xù)射流流場分析 4.1.4有圍壓淹沒條件下連續(xù)射流流場分析 4.1.5連續(xù)射流破巖特性研究 4.2旋轉(zhuǎn)射流流場與破巖特性研究 4.2.1旋轉(zhuǎn)射流的運(yùn)動(dòng)方程 4.2.2旋轉(zhuǎn)射流的基本特性分析 4.2.3旋轉(zhuǎn)射流的流場分析 4.2.4旋轉(zhuǎn)射流破巖特性研究 4.3脈沖射流流場與破巖特性研究 4.3.1自激振蕩脈沖射流基本原理 4.3.2脈沖射流流場分析 4.3.3脈沖射流破巖特性研究 參考文獻(xiàn) 第5章高壓水射流破巖機(jī)理的數(shù)值模擬研究 5.1高壓水射流破巖基本過程分析 5.1.1高壓水射流與巖石的耦合作用分析 5.1.2高壓水射流破巖作用分析 5.2數(shù)值模擬研究方法 5.2.1高壓水射流作用下巖石的損傷模型 5.2.2高壓水射流破巖的有限元分析 5.3連續(xù)射流破巖機(jī)理數(shù)值模擬研究 5.3.1物理模型及定解條件 5.3.2連續(xù)射流破巖過程及機(jī)理分析 5.4旋轉(zhuǎn)射流破巖機(jī)理數(shù)值模擬研究 5.4.1物理模型及定解條件 5.4.2旋轉(zhuǎn)射流破巖過程及機(jī)理分析 5.5脈沖射流破巖機(jī)理數(shù)值模擬研究 5.5.1物理模型及定解條件 5.5.2脈沖射流破巖過程及機(jī)理分析 參考文獻(xiàn) 第6章水射流技術(shù)在石油鉆井工程中的應(yīng)用 6.1旋轉(zhuǎn)射流鉆超短半徑水平井技術(shù) 6.2脈沖射流提高鉆速技術(shù) 6.2.1井底水力脈動(dòng)提高鉆速機(jī)理分析 6.2.2鉆頭腔內(nèi)轉(zhuǎn)子調(diào)制式脈沖鉆井技術(shù) 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   3.6非淹沒射流的結(jié)構(gòu)特性 常見的水射流大都是水噴人大氣的非淹沒射流，其特性與淹沒射流不同，這里重點(diǎn)分析它的結(jié)構(gòu)特性。 3.6.1非淹沒射流的結(jié)構(gòu) 依照第1章中根據(jù)壓力不同對水射流的分類，這里著重分析低壓、高壓及超高壓水射流的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 低壓水射流的結(jié)構(gòu)如圖3—10（a）所示，射流在軸向上可分為四個(gè)階段。 一是緊密段：緊靠水射流噴嘴出口，該段水流保持緊密狀態(tài)，透明清晰，斷面上任一點(diǎn)的流速相同，都等于噴嘴出口速度。由于與空氣的摩擦表面出現(xiàn)波紋，其波幅隨離開噴嘴出口距離的增加而增大，當(dāng)波幅增大到一定程度后，射流表面開始破裂，吸入空氣，由于吸人的空氣量較少，射流表面破裂成大塊水團(tuán)。 二是核心段：該段的射流表面已開始破碎成為大塊水團(tuán)并吸入空氣，而其核心部分仍保持初始的噴射速度，呈緊密狀態(tài)。隨著與噴嘴距離的增加，核心斷面的面積越來越小，最后完全消失。 三是破裂段：該段中射流吸入的空氣逐漸增多，射流表面的大塊水團(tuán)進(jìn)一步破碎為水滴，而射流中心由緊密狀態(tài)破碎為大塊水團(tuán)，而且隨著與噴嘴距離的增加，保持中間大塊水團(tuán)的部分也逐漸減少，最后完全變成水滴。破裂段通常稱為基本段。 四是水滴段：射流吸人大量的空氣，射流整個(gè)斷面被空氣介質(zhì)隔離變成水滴狀。 高壓水射流的結(jié)構(gòu)如圖3—10（b）所示，隨著噴嘴出口壓力的增大，射流流速將增加。由于脈動(dòng)速度及旋渦的作用，低壓水射流緊密段表面波紋的波幅加大而破裂，緊密段長度逐漸縮短，并最終完全消失。在這種情況下，射流一出噴嘴就吸入空氣，使射流表面破碎為大塊水團(tuán)。因此，高壓水射流的結(jié)構(gòu)與低壓水射流一樣，只是沒有緊密段而已，另外噴嘴出口處邊緣上的附面層由層流變?yōu)槲闪?，這也是高壓水射流的一個(gè)特征。 超高壓水射流的結(jié)構(gòu)與高壓水射流大體相同，不同之處是此時(shí)壓力已大于l40MPa，射流速度將超過音速，紊流附面層可以侵入噴嘴出口以內(nèi)（如圖3—10c）。另外，試驗(yàn)表明，超高壓水射流的擴(kuò)散程度有所減小，趨于密集。 還需要進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)的是，水射流在空氣中噴射時(shí)，周圍還存在著一環(huán)狀氣流層（它是由空氣和水蒸氣組成的霧化流）與射流一起向前運(yùn)動(dòng)，并不斷擴(kuò)散，最終消失在周圍的大氣中。

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《高壓水射流破巖機(jī)理研究》以建立射流破巖的理論體系為出發(fā)點(diǎn)，采用基礎(chǔ)理論與應(yīng)用技術(shù)循序漸進(jìn)的章節(jié)布局；以巖石破碎和高壓水射流基本理論為基礎(chǔ)，以高壓水射流破巖載荷類型和流固耦合作用方式的分析為研究的基本切入點(diǎn)，形成數(shù)值模擬方法；結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，分析高壓水射流破巖的內(nèi)在機(jī)理和過程，并結(jié)合生產(chǎn)需要進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn)。

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