第5章 射流
第5章-PDC钻头水力参数优化设计方法精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版第5章 PDC 钻头水力参数优化设计方法在机泵条件一定的情况下，水力参数优化设计的主要任务是确定钻头的喷嘴直径和钻井泵的压力和排量。
5.1 泵压和排量对PDC 钻头机械钻速的影响现场实践表明，泵压和排量对PDC 钻头和牙轮钻头机械钻速的影响规律不同。
在泵功率一定的条件下，对PDC 钻头来说，排量对钻速的影响更为重要；而对牙轮钻头来说，泵压对钻速的影响更为重要。
因此，PDC 钻头趋向于使用较大排量和较低泵压，而牙轮钻头则趋向于使用较高泵压和较低排量。
在相同地层用相同尺寸钻头钻进，PDC 钻头所用排量一般比牙轮钻头高5~10 L/s ，而泵压一般低2~3MPa 。
图5-1、图5-2是由现场资料统计分析得出的牙轮钻头与PDC 钻头的机械钻速与排量的关系。
可以看出，PDC 钻头的机械钻速随着排量的增大几乎线性增长。
而对牙轮钻头，排量超过一定值（25 L/s ）后，机械钻速几乎不再增加。
图5-1 排量对牙轮钻头钻速的影响 图5-1 排量对PDC 钻头钻速的影响泵压和排量对牙轮钻头和PDC 钻头的影响不同，是因为两种钻头的破岩机理和结构不同。
牙轮钻头主要以冲击压碎的方式破碎岩石，在井底形成裂纹发育的破碎坑穴（图5-3），故需要的较大的水功率来清除破碎坑内的岩屑。
而且，射流水功率越大，辅助破碎岩石的效果越好。
然而，牙轮钻头的喷嘴距井底较远，射流能量衰减严重，故需要较高的泵压（钻头压降）来补偿射流能量损失。
图5-3 牙轮钻头破岩作用 图5-3 PDC 钻头破岩作用PDC 钻头的喷嘴距井底只有30~40mm ，一般小于射流等速核长度（等速核长度约为喷嘴当量直径的4.8~5倍），射流能量可以得到有效利用。
PDC 钻头是以切削作用破碎岩石，岩屑直接被剥离井底，破岩效率高。
因此，使岩屑离开井0510152025252627282930313233排量/L/s机械钻速/m /h02468100510152025303540排量/L/s机械钻速/m /h底原位置并不困难，关键问题是有效地将岩屑清离井底。
第五章 高压水射流解堵工艺
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《油气井增产技术》 高压水射流解堵工艺
石油与天然气工程学院
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《油气井增产技术》 高压水射流解堵工艺
3. 阻尼式旋转控制器
结构特点:旋
转轴外侧开
有螺旋槽， 槽内装阻尼 液 工作原理:当泵压增加，射流产生的旋转动力矩增大时， 转速有增大的趋势，当阻尼液挤压阻力也增加，使旋转 的动力矩与阻力矩达到新的平衡，而从使速度稳定
《油气井增产技术》 高压水射流解堵工艺
第五章 高压水射流解堵工艺
内容提要
解堵工具与原理
井下水力参数计算
油管伸长量计算 自振空化射流理论 高压旋转水射流旋转特性 高压水射流解堵工艺
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《油气作原理：地面高压水经油管、过滤器、阻尼器， 到达射流脉冲发生器，经两个直喷嘴喷出直接冲击 地层的堵塞物。
p p0 1 100
2
h fi
1 100
hf0
6
F j 2 C A p 10
N 10 pQ
3
de
0 . 82 10
2
7
Q
2
C p
三、油管伸长量计算
自重伸长+喷嘴压降伸长量+油管内外压差伸长量
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《油气井增产技术》 高压水射流解堵工艺
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《油气井增产技术》 高压水射流解堵工艺
2. 施工设备和要求 3. 施工工艺
洗井、压井、起管柱、探砂面；
装配管柱和工具，下施工管柱；
正洗井；
配液。反复清洗炮眼；
大排量反洗井；
流体力学第五章 管中流动-1
Re vd 1.0 0.1 76453 Rec 2300 6 1.308 10
管中流动为湍流。 (2) Rec vc d
vc
Rec
d
1.308 106 2300 0.03 0.1
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5.2 圆管中的层流
本章所讨论的流体 1. 流体是不可压缩的; 2. 运动是定常的;
主要内容： • 速度分布 • 流量计算 • 切应力分布 • 沿程能量损失
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过流截面上流速分布的两种方法
vd
我们知道当
较小，即速度和管子直径较小而粘度较大时出现层流
哈根-伯肃叶（Hagen-Poiseuille）定律， 它与精密实验的测定结果完全一致。
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粘 度 的 测 定 方 法
利用哈根-伯肃叶（Hagen-Poiseuille）定律可以测定粘度，它是测 定粘度的依据。因为,根据公式可以导出：
pd 4
128qvl
pd 4t
4 A 4 Bh 2h 4cm S 2B vd 要使 Re H 2320 v 0.017 m / s dH
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例题三：某段自来水管，d=100mm，v=1.0m/s,
水温10℃， （1）试判断管中水流流态？ （2）若要保持层流，最大流速是多少？
（2）速度分布具有轴对称性，速度分布呈抛物线形。 （3）等径管路中，压强变化均匀。 （4）管中的质量力不影响流动性。
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• 1.第一种方法 • 根据圆管中层流的流动特点，对N-S方程式
高压水射流总复习
发展中的高压水射流技术(32学时)总复习第一章、水射流技术概论1.1、高压水射流的定义：高压水射流是以水作为介质，通过高压发生设备使其获得巨大的能量后，用一种特定的液体运动方式，从一定形状的喷咀（直径较小），以很高的速度喷射出来的，具有一定的几何形状并能有一定的喷射距离的、能量高度集中的一股水流 (水团和水柱)。
1.2、水射流系统的组成高压水射流系统一般由压力源，喷嘴及其控制装置以及连接它们的高压管路和其它附属装置所组成。
1.3、高压水射流的分类（1）、按其喷射压力分：低压水射流：a MP 20~5.0中压水射流：a MP 50~20高压水射流：a MP 100~50超高压水射流：a MP 100（2）、按介质种类分按射流本身介质来分，高压水射流又可分为单相和多相射流。
1）单相水射流：水射流工作介质为单一介质。
常见的纯水射流包括加有高分子聚合物的水射流都属单相水射流。
（如纯水射流、调制射流。
）2) 多相水射流：水射流的介质含有两种以上的混合介质。
混有固体磨料微粒的磨料射流及混有微小冰块的冰水射流属固液两相射流，混有空化泡的空化射流属气液两相射流。
（如：磨料射流、浆体射流、空化射流、冰粒射流、添加剂射流。
）按射流介质与周围介质：1) 淹没水射流：水射流工作介质与环境介质相同。
2) 非淹没射流：水射流工作介质与环境介质不同。
（3）、按水射流的固壁条件分自由水射流：没有固壁约束下的水射流。
非自由水射流：有固壁约束下的水射流。
（4）、按水射流的发射方式分：(射流对物料的施载特性)按射流对物料的施载特性，高压水射流又可分为连续射流、不连续射流和混合射流三种。
连续射流：其特点是该种水射流对物料施载，开始有一个短时的冲击峰值压力，随之而来的是长期的稳定的较低的压力。
（如摆振射流、旋转射流等。
）这种射流只有冲击峰值压以后的稳定压力才具有代表性。
该种射流常用于切割和清洗物料。
不连续射流：其对物料施载特点是产生一个只持续极短时间的压力峰值，这时只有压力峰值才具有代表性。
第5章-圆管流动
e/d
Re
莫迪图λ
结论
0.03 0.1473 0.00102 1.732×106 0.02 用0.02重算
0.02 0.1358 0.0011 1.87×106 0.02
一致
d 0.298 1/5 0.1358m 即设计的最小管径为0.1358m
5.6 圆管湍流的沿程损失
5.6.3 非圆管的湍流沿程损失
——摩擦阻力系数，与
管径d、管中流速u和管 壁的光滑程度有关；
5.4 圆管中流体的湍流运动：
湍流剪应力分布与普朗特混合长度理论
1
2'
du dy
ux'
u
' y
平均值：
脉动值：
Re数较小时，1 占主导地位
Re数很大时， 2 1
牛顿内摩擦力 雷诺应力
y
u(y l')
第五章 圆管流动
内容提纲
5.1 雷诺实验与流态判据 5.2 圆管中流体的层流运动 5.3 椭圆管中流体的层流运动（自学） 5.4 圆管中流体的湍流运动 5.5 流体运动的两种阻力 5.6 圆管湍流的沿程损失 5.7 管路的局部损失 5.8 管路计算（自学）
按流体与固体接触情况来分，流体运动主要有下列四种形式。
1 2 umax
（层流时平均速度为最大速度的1/2）
5.4 圆管中流体的湍流运动：
湍流运动：三维随机运动，脉动性
瞬时速度 = 时均速度 + 脉动速度
u u u'
u 1
T
udt
T0
u' u u, 1 T u'dt 0
第五章 射流复习课程
柯安达(Coanda)效应（附壁效应）：
流体遇到不对称边界条件时偏向固体一侧流动的现象
柯安达效应
• 由于引射的作用，射流将卷吸周围的介质，对自由射流而 言，射流的侧表面均能引射吸入周围的介质，介质从原来 的不动到被卷入射流中去。
• 对于贴壁射流而言，自由湍流层Ⅲ的情况与自由射流相同， 但贴近壁面的Ⅰ区和Ⅱ区由于壁面的限制，周围的介质不 能被卷吸进来，使得Ⅰ和Ⅱ区的速度梯度很大，动能的增 加和摩擦力的作用，使静压下降，射流的上、下两侧的压 力失去了平衡，在压差的作用下，使射流弯曲并贴向壁面。 此即为贴壁效应。
的压力与环境相同，即在射流中的截面上的压力保持不变， 在径向亦为不变。 2 动量mu ：
随射程的增加，速度减小，但流量增加，即射流流股的 动量不随射程的变化而变化，是一常数。速度的减小由质 量的增加而抵消。此即为自由射流的一个主要的特点。
根据能量平衡有：
m 0 2 u 0 2 ( m 0 m 0 ') u 2 1 2 m 2 0 ( u 0 u 1 ) 2 m 0 'u 2 1 2
§ 6.3 限制射流
射流射向被四周固体壁所包围的限制空间称 为限制射流。 P72。
作业： P 75: 第3、4题
思考题：第1题
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在其它的情况下也发生柯安达效应，如图：
平行射流的汇交
• 如图为两平行射流，由于两相邻射流的引射的相互作用，使 两射流流股相互贴近直至汇合为一股射流。
• 工程中采用多股射流时，必须注意相邻射流的相互影响， 如氧气顶吹转炉用的氧枪的多孔喷头所产生的射流夹角比喷 孔中心线夹角要小，这也属于柯安达效应。工程中采用多喷 头时必须注意射流间的相互影响。
第五章空调房间的空气分布
ux uo
1
2
9.55
x do
0.75
风口边长比大于0.2且
1.5 x 0.2 do
5.3 空气分布器及房间气流分布形式
一、空气分布器的型式
喷口
集中射流风口
百叶风口
空
散流器
气
分
布
扇形射流风口
孔板、格栅风口 柱型风口
器
平面扁型射流风口
的
条缝风口
型
旋流风口
式
其他风口
座椅风口
球型风口
台式送风口
第五章 空调房间的空气分布
主要内容
5.1 送风射流的流动规律 5.2 回风口的气流流动 5.3 空气分布器及房间气流分布形式 5.4 房间气流分布的计算 5.5 气流分布性能的评价 4.6 CFD技术简介及在空气分布中的应用
5.1 送风射流的流动规律
空气从孔口吹出，在空间形成一股气流称为吹出气 流或射流。
5.1 送风射流的流动规律
温度状况 射流
等温射流 非等温射流 自由射流
是否受限
受限射流
在空调工程中常见的情况，多为非等温受限射流。
5.1 送风射流的流动规律
一、自由射流
等温自由射流
2θ
射流轴心速度：
ux u0
0.48
ax
0.145
0.48 ax
md0 x
m1 F0 x
d0
d0
d0 极点
射流断面直径：
格栅风口
孔板
扇形风口
旋流风口
5.3 空气分布器及房间气流分布形式 座椅风口
5.3 空气分布器及房间气流分布形式 台式送风口
5.3 空气分布器及房间气流分布形式 二、空间气流分布的形式
(完整版)第5章破甲弹
弹药学 第5章 破甲弹5.3 成型装药破甲弹的结构
5.3 成型装药破甲弹的结构 弹丸旋转可提高射击精度，但影响射
流的形成降低破甲威力； 尾翼稳定：采用不旋转或微旋转尾翼式稳 定结构，降低旋转对射流的影响； 旋转稳定：采用抗旋结构。
弹药学 第5章 破甲弹5.3 成型装药破甲弹的结构
5.3.1 气缸式尾翼破甲弹
弹药学 第5章 破甲弹
成型装药三种聚能侵彻体 聚能射流
爆炸成型弹丸 聚能杆式弹丸
弹药学 第5章 破甲弹5.1 破甲弹作用原理
5.1 破甲弹作用原理
5.1.1 聚能效应
加金属罩
弹药学 第5章 破甲弹5.1 破甲弹作用原理
两种装药结构的聚能效应比较
焦点
焦距
弹药学 第5章 破甲弹5.1 破甲弹作用原理
早断；最有利炸高将变短。 采用错位式抗旋药型罩、旋压药型罩
(对于低速旋转破甲弹)或者从结构上考虑 减旋等途径；
弹药学 第5章 破甲弹5.2 影响破甲威力的因素
5.2.7 壳体： 装药壳体的结构不同对射流的影响也
不同，形成反射流不利于破甲；减弱稀疏 波的作用则利于破甲； 5.2.8 靶板：
适用于单层均质靶板破甲；对复合装 甲、多层间隔装甲、反应装甲构不成实质 性的威胁；
弹药学
弹药工程与爆炸技术 装备工程学院 2016年11月
弹药学 第5章 破甲弹
破甲弹是靠成型装药的聚能效应，压 垮药型罩形成高速金属射流击穿装甲，弹 丸不必具有很高的弹着速度。
广泛应用于：加农炮、无坐力炮、坦 克炮以及反坦克火箭筒上；反坦克导弹破 甲战斗部；榴弹炮发射的子母弹(雷)中的 破甲子弹(雷)；工程爆破、石油勘探中的 聚能爆破、石油射孔。
5.1.2 金属射流的形成
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第5章射流
定义：流体由喷咀流出到一个足够大的空间后，不再受固体边界限制而继续扩散的一种流动。
举例：气体、液体燃料的燃烧、转炉吹氧、炉外精炼、高炉喷吹等。
分类：按机理
按流动性质
主要内容：射流的一般特征及经验公式。
5.1 自由射流
⒈定义：流体自喷咀流入无限大的自由空间中称为自由射流。
形成自由射流必须具备两个条件：
⑴射流流体物理性质如温度、密度等与介质相同。
⑵空间介质不动，且不受边界的限制。
⒉基本特点
自由射流可分为几个主要区域：图5-1 P84
喷出的流体与周围介质之间具有很大的速度梯度，流体质点间进行动量交换，喷出流体减速，同时周围流体被卷吸并引向喷出方向而加速，射流边界越来越宽。
射流外边界：射流速度为零。
射流内边界：射流速度保持为初始速度v0。
射流边界层：射流内外边界之间的区域。
转折截面：射流中心一点还保持为初始速度v0的射流截面。
⑴初始段：喷口截面到转折截面之间。
特点：射流中心
速度等于v0，。
⑵基本段（主段）：转折截面以后的区域。
特点：x，v 中¯，为射流边界层所占据。
⑶射流核心区：具有初始速度v0的区域。
⑷射流极点：射流外边界线逆向延长的交点O（射流源），张角为180~260。
实验证明，x，v中¯，V（卷吸），动量不变，静压力与周围介质相同，动能E¯（因碰撞而产生动能损失，这一损失转变为热能而散失）。
⒊速度分布（经验公式）
⑴截面上速度分布
(1)
b¾射流的半宽度。
式中d0¾喷口直径；b0¾喷口半高度。
⑵中心速度分布
圆形射流：
扁形射流：
⒋截面平均速度及流量
通过(1)式求出观察截面的平均流速，
圆形射流：扁形射流：
再应用流量公式求出该截面的流量qx，对圆形射流为
扁形射流
5.2 旋转射流
定义：流体在喷出前就被强制旋转，喷出后脱离了固体壁面的约束，在无限大空间处于静止的介质中继续流动。
vq（切向速度） vx（轴向速度） vr（径向速度）
⒈旋转射流的特性
⑴存在一个回流区：
图5-9 P88 实线¾ vx 虚线¾ vq
在轴心处vx<0，回流区边界上vx = 0，回流区边界与射流边界（vx = 0）之间vx有一最大值vmax，x，vmax¯，vx分布趋于平坦均匀，回流区变小直到消失。
⑵速度沿程衰减快
图5-10 P88 vx、vq、vr、轴心速度vm。
当以后，vq、vr基本上消失，只有vx存在。
⑶射流中心有很强的卷吸力
图5-11 P88 旋转射流沿程压力的变化
射流轴线上的静压力低于大气压力（负压），说明旋转射流中心有很强的卷吸作用，x，静压力®大气压力，卷吸作用¯。
⒉旋流强度
⑴旋流强度的定义及计算
定义：表明旋流设备（喷嘴）所产生旋转射流特性的几何特征数，用S表示。
Gf¾角动量矩（切向冲力绕x轴）；Gx¾轴向推力；R¾喷嘴喷口半径。
叶片式旋流喷嘴的旋流强度
r1¾环形通道内半径；r2¾环形通道外半径；¾叶片的旋转角。
由计算式可知：旋流喷嘴结构一定，旋流强度S一定。
⑵旋流强度对气流结构的影响
① 对速度场的影响
旋转射流卷吸周围介质的气体量随其旋流强度的增大而增大，经验公式为：
S，卷吸量，紊流扩散越强，消耗的能量，速度衰减快。
改变S®改变气流的速度分布和调节焰的长度。
S，火焰短，温度较高；S¯，火焰长，温度分布均匀。
② 对回流区的影响
回流区尺寸随旋流强度的变化如图5-13 P90
S，回流区尺寸，稳定火焰和改善气流间混合的手段。
③ 对旋流器效率的影响
S，流动阻力，提供能量（大的压差），¯。
因此，在选择旋流器结构和旋流强度以满足生产工艺要求时，应综合考虑。
在研究旋转射流时，以S来区分旋转射流的状态，一般认为
射流射向限制空间—限制射流特点：回流区、旋涡区。
本章小结：
主要内容：射流定义及分类，自由射流，旋转射流，半限制射流，射流的相互作用。
重点：自由射流，旋转射流。
难点：射流的相互作用。
基本要求：掌握自由射流、旋转射流的特性，理解射流的相互作用。