發(fā)布時(shí)間：2017-06-06 07:58

  本文關(guān)鍵詞：空化水射流破巖實(shí)驗(yàn)研究及機(jī)理分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 空化水射流破巖技術(shù)已成功應(yīng)用于煤礦開采、石油鉆井、巖石切割等工程領(lǐng)域,但目前對(duì)空化水射流作用下巖石破碎機(jī)理尚未形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)和一般性理論。 本論文依托國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體基金項(xiàng)目“高壓水射流破巖理論及其在地下工程中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究(50621403)”,通過空化水射流破巖的大量實(shí)驗(yàn),分析了空化水射流參數(shù)對(duì)沖蝕破巖效果的影響;并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,尋求到最佳的數(shù)值計(jì)算模型;運(yùn)用CT掃描測(cè)試技術(shù)、AE聲發(fā)射測(cè)試技術(shù)對(duì)巖石進(jìn)行了損傷破壞測(cè)試,揭示了空化水射流破巖機(jī)理,為空化水射流破巖理論的進(jìn)一步完善提供依據(jù)。 本文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下: ①空化水射流沖蝕破巖實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,破巖效果(沖蝕質(zhì)量、沖蝕深度)隨泵壓呈二次曲線關(guān)系增加,隨圍壓呈二次曲線關(guān)系減少;空泡云與破巖效果的關(guān)系則表明空化作用是空化水射流破巖的主要影響因素。 ②比較分析Standard k -ε模型、RNG k -ε模型、Realisable k -ε模型、Standard k -ω模型及SST k -ω模型模擬縮放型噴嘴產(chǎn)生空化水射流流場(chǎng),結(jié)果表明RNG k -ε模型更適合數(shù)值模擬縮放型噴嘴內(nèi)的射流壓力速度等分布狀態(tài)。且RNG k -ε模型數(shù)值計(jì)算結(jié)果顯示,泵壓達(dá)到6.5MPa時(shí)出現(xiàn)空化現(xiàn)象,湍動(dòng)能最大值出現(xiàn)在噴嘴出口7mm處,與空化水射流沖蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全一致。 ③借助CT機(jī)、PCI-2 System AE聲發(fā)射系統(tǒng)測(cè)試巖石的裂隙變化,結(jié)合數(shù)值計(jì)算結(jié)果,揭示了空化水射流破碎巖石機(jī)理�？栈淞髯饔孟聨r石的破碎是裂紋擴(kuò)展的結(jié)果,空泡潰滅時(shí)產(chǎn)生微射流和沖擊波加速了裂紋的擴(kuò)展,使空化水射流具有更強(qiáng)的破巖能力,砂巖沖蝕破碎區(qū)周圍還存在較大范圍的損傷破壞,根據(jù)破壞情況將巖石在空間區(qū)域上可劃分:沖蝕空腔、裂隙區(qū)(損傷區(qū))、非影響區(qū)域。 ④空化水射流在本實(shí)驗(yàn)設(shè)備能達(dá)到的最高泵壓條件下無法沖蝕破碎石灰?guī)r,而對(duì)砂巖卻表現(xiàn)出巨大的沖蝕能力�，F(xiàn)有的空化沖蝕理論中,化學(xué)腐蝕理論、電化學(xué)理論、熱作用理論均不能解釋該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,論文引入巖石裂隙的研究結(jié)合機(jī)械作用理論進(jìn)行了分析。本論文的創(chuàng)新之處在于找到了空化水射流模擬的最佳模型RNG k -ε模型,并且利用CT機(jī)、PCI-2 System AE聲發(fā)射系統(tǒng)測(cè)試巖石的裂隙變化,揭示了空化水射流破碎巖石機(jī)理,對(duì)空化水射流破巖理論的完善具有重要意義。
【關(guān)鍵詞】：空化水射流 巖石破碎 數(shù)值模擬 CT掃描 AE
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：TD315
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 1 緒論9-19
• 1.1 高壓水射流的研究現(xiàn)狀9-10
• 1.2 空化水射流研究進(jìn)展10-17
• 1.2.1 空化水射流形成方法12-13
• 1.2.2 空化水射流應(yīng)用13-15
• 1.2.3 空化水射流沖蝕破巖機(jī)理研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 問題的提出及意義17
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容及技術(shù)路線17-19
• 1.4.1 研究?jī)?nèi)容17
• 1.4.2 技術(shù)路線17-19
• 2 空化水射流沖蝕巖石實(shí)驗(yàn)19-36
• 2.1 實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法19-21
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置19-20
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)方法20-21
• 2.2 空化水射流各參數(shù)對(duì)巖石沖蝕效果的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析21-30
• 2.2.1 泵壓對(duì)沖蝕破巖效果的影響21-25
• 2.2.2 圍壓對(duì)沖蝕破巖效果的影響25-28
• 2.2.3 靶距對(duì)沖蝕破巖效果的影響28-29
• 2.2.4 沖蝕時(shí)間對(duì)沖蝕破巖效果的影響29-30
• 2.3 巖石特性對(duì)空化水射流沖蝕破碎效果的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析30-35
• 2.3.1 各類巖石沖蝕破碎實(shí)驗(yàn)結(jié)果30-32
• 2.3.2 巖石在水作用下的特性32-34
• 2.3.3 巖石在空化水射流作用下的破壞特性分析34-35
• 2.4 本章小結(jié)35-36
• 3 空化水射流流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算分析36-51
• 3.1 FLUENT 軟件介紹36-38
• 3.2 空化水射流流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算38-49
• 3.2.1 控制方程38-39
• 3.2.2 選擇合適的FLUNENT 湍流模型39-49
• 3.3 模擬計(jì)算結(jié)果與沖蝕破巖實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析49-50
• 3.4 本章小結(jié)50-51
• 4 空化作用下巖石損傷破壞測(cè)試分析51-60
• 4.1 空化水射流作用下巖石的聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)測(cè)試51-55
• 4.1.1 巖石的損傷51-52
• 4.1.2 空化水射流作用下巖石損傷測(cè)試實(shí)驗(yàn)方法及步驟52-53
• 4.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析53-55
• 4.2 空化水射流作用下巖石的CT 實(shí)驗(yàn)及分析55-58
• 4.2.1 CT 技術(shù)原理55-57
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)裝置及結(jié)果分析57-58
• 4.3 本章小結(jié)58-60
• 5 結(jié)論與建議60-62
• 5.1 結(jié)論60-61
• 5.2 后續(xù)工作展望61-62
• 致謝62-63
• 參考文獻(xiàn)63-68
• 附錄68-69

【引證文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 盧義玉;沈曉瑩;湯積仁;夏彬偉;王景環(huán);;磨料水射流鉆頭破巖過程的力學(xué)分析[J];中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2012年04期

2 劉佳亮;司鵠;張宏;;淹沒狀態(tài)下高壓水射流破巖效率分析[J];中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào);2012年11期

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 張玲花;膠體液流動(dòng)壓空化射流拋光流場(chǎng)數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

2 沈曉瑩;新型硬質(zhì)合金鉆頭及鉆進(jìn)硬巖實(shí)驗(yàn)研究[D];重慶大學(xué);2011年

3 周玉軍;水射流對(duì)鈷結(jié)殼的破碎研究[D];中南大學(xué);2010年

4 張峰;中心體噴嘴射流特性的實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值計(jì)算[D];江蘇大學(xué);2010年

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本文編號(hào)：425719