本文關(guān)鍵詞：強脈沖放電對硬巖目標(biāo)破壞特性研究

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【摘要】：強脈沖放電破碎硬巖技術(shù)當(dāng)前在礦石開采、結(jié)石破碎和爆破等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景,具有高效、環(huán)保和經(jīng)濟等優(yōu)點,但由于強脈沖放電破碎的影響因素復(fù)雜,破碎機理及電源研制均有待深入研究。本文主要針對高能量、強功率輸出的破碎硬巖電源,開展了其電源中關(guān)鍵部分的設(shè)計、影響硬巖破碎效果因素的探索、硬巖電破碎的過程及毀傷特性的研究。強脈沖放電電源的能量輸出效率直接決定其對硬巖破碎的效果,然而能量輸出的效率很大程度上取決于電源開關(guān)的性能。本文針對其電源要求,利用已有氣體開關(guān)結(jié)構(gòu),在其基礎(chǔ)上進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,主要采用CST軟件中靜電場模塊對其結(jié)構(gòu)自動優(yōu)化,并根據(jù)電場分布的均勻性確定滿足電源要求的開關(guān)結(jié)構(gòu)最優(yōu)值,然后通過實驗對優(yōu)化后的開關(guān)電極進行性能測試,判斷其是否符合強脈沖放電破碎硬巖電源的性能要求。影響強脈沖放電破碎硬巖效率的因素有很多,包括輸出電極形狀和間距、介質(zhì)絕緣液以及硬巖的特性等。本文為了探討這些因素與強脈沖破碎硬巖效率的關(guān)系,首先對強脈沖放電破碎硬巖按照其實物進行建模,然后采用CST軟件中的粒子場模塊對其破碎模型進行仿真,觀察其輸出產(chǎn)生的粒子在硬巖內(nèi)的運動軌跡、電場分布、電流密度分布、電荷密度分布和電場能量分布等,通過分析和對比這些電參數(shù)的分布來判斷每個因素對電破碎效果影響規(guī)律;最后采用實驗對其仿真驗證,對比分析可得仿真與實驗所獲得的結(jié)論基本保持一致,為今后強脈沖放電破碎硬巖奠定一定的理論基礎(chǔ)。強脈沖放電破碎硬巖是一個復(fù)雜的過程,其破碎過程中的能量分布,硬巖阻抗的變化,以及巖石的破壞特性等問題都是亟待解決的,本文針對這些問題進行研究。首先對破碎硬巖電路進行等效,并采用Pspice軟件對其電路仿真,分析可得硬巖內(nèi)的能量消耗變化以及硬巖阻抗隨時間的變化,從而可知破碎硬巖能量的利用率;其次利用動能守恒原則并假設(shè)硬巖為均勻剛體,可得在電破碎過程中,注入等離子體通道中的能量全部轉(zhuǎn)化成硬巖的動能;最后采用能量等價原則且等離子體通道為規(guī)則的圓柱體,即將注入等離子體中的能量轉(zhuǎn)化為同能量的TNT炸藥,利用ANSYS/Autodyn軟件對炸藥破碎硬巖進行仿真,分析得到硬巖的能量分布、質(zhì)量變化、破碎機理等特性,從而預(yù)判和推測強脈沖放電電源對硬巖的破壞機理、毀壞特性以及其破碎方法的優(yōu)勢等。
【關(guān)鍵詞】：強脈沖放電 巖石破碎 氣體開關(guān) CST仿真
【學(xué)位授予單位】：沈陽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD313
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第1章 緒論12-18
• 1.1 概述12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢13-17
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢13-15
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢15-17
• 1.3 本文主要的工作內(nèi)容17-18
• 第2章 脈沖放電破碎硬巖氣體開關(guān)的優(yōu)化18-33
• 2.1 氣體開關(guān)擊穿機理分析18-20
• 2.1.1 湯生理論18-19
• 2.1.2 流注理論19-20
• 2.2 氣體開關(guān)模型的建立20-22
• 2.2.1 氣體開關(guān)的分類20-21
• 2.2.2 氣體開關(guān)模型21-22
• 2.3 氣體開關(guān)的仿真分析22-29
• 2.3.1 CST軟件的概述22-23
• 2.3.2 氣體開關(guān)電極的靜電場仿真23-27
• 2.3.3 氣體開關(guān)電極的粒子場仿真27-29
• 2.4 氣體開關(guān)的實驗分析29-31
• 2.5 本章小結(jié)31-33
• 第3章 脈沖放電破碎硬巖影響因素的分析33-48
• 3.1 輸出電極對破碎硬巖的影響33-36
• 3.1.1 輸出電極形狀對破碎硬巖的影響33-34
• 3.1.2 輸出電極間距對破碎硬巖的影響34-35
• 3.1.3 輸出電極的放置方式對破碎硬巖的影響35-36
• 3.2 巖礦孔隙率對破碎巖礦的影響36-38
• 3.2.1 仿真模型的建立36-37
• 3.2.2 巖礦空隙的仿真37-38
• 3.3 硬巖厚度對破碎硬巖的影響38-40
• 3.3.1 仿真模型的建立38-39
• 3.3.2 不同厚度硬巖的仿真39-40
• 3.4 硬巖中氣泡對破碎硬巖的影響40-41
• 3.4.1 仿真模型的建立40
• 3.4.2 有氣泡硬巖的仿真40-41
• 3.5 絕緣液對破碎硬巖的影響41-42
• 3.6 工作電壓對破碎硬巖的影響42-43
• 3.7 硬巖種類對破碎硬巖的影響43-44
• 3.8 電破碎硬巖影響因素的實驗分析44-47
• 3.8.1 輸出電極間距對電破碎的影響45-46
• 3.8.2 巖石種類對電破碎的影響46-47
• 3.9 本章小結(jié)47-48
• 第4章 硬巖電破碎過程及毀傷分析48-63
• 4.1 硬巖中等離子體通道的形成48-49
• 4.1.1 固體擊穿理論48-49
• 4.1.2 硬巖的電擊穿49
• 4.2 硬巖中等離子體通道能量的注入49-54
• 4.3 等離子通道引起硬巖變形54-57
• 4.4 硬巖破壞特性分析57-61
• 4.4.1 破碎模型的建立58
• 4.4.2 硬巖破碎仿真及分析58-61
• 4.5 本章小結(jié)61-63
• 總結(jié)63-66
• 參考文獻66-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和獲得的科研成果70-71
• 致謝71-72

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