玉米淀粉燃烧特性与反应机理的实验及模拟研究

为解决脉冲水射流破岩效率问题，研究人员设计开发了频率可调预制脉冲水射流喷嘴，通过改变子腔数量实现脉冲频率调节。实验表明该装置较连续射流显著提升侵蚀效果，为脉冲射流与机械联合破岩技术研究提供了重要工具。

　　

在石油开采、矿山开采等工程领域，如何高效破碎坚硬岩石一直是重大技术难题。传统连续水射流存在能量利用率低、破岩效果有限等问题，而脉冲水射流技术通过将连续射流转化为脉冲形式，可显著提升冲击力与破岩效率。然而现有脉冲喷嘴普遍存在调节范围有限、结构复杂、适用压力不足等缺陷，严重制约了该技术在复杂地质条件下的工程应用。

针对这一技术瓶颈，山东大学的研究团队基于前期研究成果，创新性地开发了一种频率可调的预制式脉冲水射流喷嘴装置。该装置通过模块化设计，采用上游喷嘴、子腔室和下游喷嘴的组合结构，仅需增减子腔数量即可改变腔室长度，从而实现根据地质特征快速调节脉冲频率。相关研究成果发表在《Powder Technology》期刊。

研究团队主要采用三项关键技术：一是基于Strouhal数理论建立脉冲频率调控模型；二是搭建最高压力420 MPa的超高压水射流实验平台；三是通过声压传感器和高速摄像机实现脉冲频率的动态监测与流场可视化。实验部分包含两个关键环节：首先对设计的脉冲喷嘴进行频率校准测试，验证其频率调节性能；随后开展室内脉冲水射流破岩对比实验，评估其实际破岩效果。

在"自激振荡脉冲喷嘴设计原理"部分，研究基于流体力学理论推导出Strouhal数表达式St=ρu/t/ρu²/l=l/ut，通过将特征频率f替代1/t，建立了喷嘴结构频率f_j与腔室长度的定量关系。理论分析表明，通过改变腔室长度可有效调控脉冲频率。

"实验准备"章节详细介绍了自主研发的超高压水射流平台，该平台包含高压泵、切割平台、控制系统等核心组件。特别值得注意的是，实验采用声压传感器实时监测脉冲频率，同时借助高速摄像技术捕捉腔室内流场变化，为机理研究提供了直观依据。

"讨论"部分将本研究与国内外同类工作进行了对比分析。相较于Morel等设计的Helmholtz型自振荡脉冲喷嘴、Conn等基于自激声共振原理开发的喷嘴，以及Hu等研制的吸气式脉冲装置，本研究的创新点在于实现了脉冲频率的便捷可调，解决了传统装置参数固定、调节困难等痛点问题。

研究最终得出三项重要结论：一是成功开发出模块化脉冲喷嘴，通过增减子腔实现腔室长度调节；二是实验证实该装置能有效控制脉冲频率，且脉冲射流较连续射流显著提升侵蚀效果；三是该设计为脉冲射流与机械联合破岩技术研究提供了新型实验工具。这些发现不仅推动了脉冲水射流破岩机理研究，也为复杂地质条件下的高效破岩工程应用提供了创新解决方案。

该研究的创新价值主要体现在三个方面：在理论上，完善了自激振荡脉冲射流的频率调控模型；在方法上，提出了模块化腔室设计的新思路；在应用上，开发出适应不同地质条件的可调频脉冲破岩装置。国家自然科学基金等项目资助的这项研究，为深部资源开采、隧道工程等领域的硬岩破碎提供了新的技术途径。