针对旋冲钻孔过程存在孔底岩屑堵塞的问题,基于气固两相流理论,考虑岩屑颗粒碰撞对气力排屑特性的影响,建立了环形流道内岩屑碰撞接触受力模型及气力排屑环形流道模型,采用计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM)模拟垂直环形流道内气力排屑过程,得到了气流速度、排屑气压与岩屑粒径对气力排屑特性的影响规律。结果显示随着气流速度的增大,流场压力损失先减少后增加,存在最佳排屑气流速度18m/s,当低于该速度时,岩屑难以及时排出;排屑压力减小导致环形流道中心区域岩屑浓度上升,导致压降增加;岩屑粒径小于1mm容易集聚成带状流动,当岩屑粒径在(2~4)mm范围内时,利于岩屑的排出。为岩石钻具的钻孔及排屑工艺参数选择提供了依据。

基于CFD-DEM方法和Oka磨损模型,通过充分考虑颗粒间及颗粒与壁面间相互作用建立数学计算模型,分析研究不同喷嘴结构、硬度以及射流工艺参数对喷嘴磨损以及分布规律的影响。研究表明:随着喷嘴收缩角增加,喷嘴内表面所受总力增加,喷嘴磨损加剧,其磨损主要分布在过渡区和出口处;提高喷嘴硬度可以降低喷嘴磨损;改变喷嘴的长径比、系统工作压力及抛光液黏度会影响喷嘴磨损程度,而对磨损分布区域基本没影响。综合考虑各因素对喷嘴磨损的影响,当长径