优化煤层割缝喷嘴结构：性能提升与实验验证

本文主要探讨了高压水射流割缝增透技术在煤层瓦斯抽采中的应用，这项技术依赖于喷嘴这一关键执行元件的性能。喷嘴结构的三个主要因素——稳定段长度、收缩角和直线段长度，对切割效果有显著影响。这些因素之间存在相互制约的关系，优化它们的组合能够提高喷嘴的切割性能。 传统的喷嘴设计通常基于经验，如锥直型喷嘴的收缩角通常设置为5;$，而直线段长度是喷嘴直径的%%<倍。然而，这种设计在应用于割缝器时面临挑战，因为割缝器的特殊结构限制了喷嘴尺寸，使得流道在长度、方向和截面积上发生了显著变化，导致内部流场混乱，射流切割性能大打折扣。 作者采用正交设计方法，对不同参数组合下的喷嘴出口流场进行了数值模拟。经过细致的分析，发现当稳定段长度为0mm，收缩角为30°，直线段长度为9mm时，割缝喷嘴表现出最佳的喷射性能。这意味着这个特定的结构配置能有效减少湍流区域，减少涡旋和回流，提高射流的集中度，从而显著提升切割能力。 在室内实验验证了这一理论，优化后的喷嘴切割能力相较于原有喷嘴提高了1.5倍。这不仅提高了高压水射流煤层钻进割缝系统的效率，还直接促进了瓦斯抽采率的提升，有助于解决过去技术发展中遇到的瓶颈问题。 本文的研究重点在于通过科学的方法优化喷嘴结构，以提高高压水射流割缝增透技术在实际应用中的效果，对于提升瓦斯抽采效率和推动该技术的进一步发展具有重要意义。研究结果为相关领域的工程实践提供了有力的理论支持和设计指导。