液态二氧化碳相变致裂的试验研究
发布时间：2021-05-07 23:20
炸药爆破广泛应用于工程领域中,爆破过程产生高温火焰同时释放出大量热量,由于反应不充分产生大量有害气体,易造成环境污染。另外,在煤层开采过程中,含瓦斯煤矿遇明火爆炸造成的伤亡事故更是数不胜数。而CO2相变致裂“冷”爆破技术不仅可以灭火杜绝此类事故,并且具有爆破成本低、施工操作简便、可循环利用和无污染等一系列优点。液态CO2相变致裂作为一种非炸药爆破技术,也可应用于锅炉清堵和矿山开采,因而对于其相变致裂的机理、致裂设备优化设计的研究具有十分重要的意义。为提高液态CO2相变致裂技术的威力,我们系统开展了多组不同厚度破裂片、不同CO2装填量和活化剂的试验,定量测得致裂管内瞬态压强-时间变化曲线,通过安全性能分析得出破裂片的理论安全厚度和等效TNT当量。在CO2破岩方面,计算得到了相变致裂破岩半径,开展了LS-DYNA数值模拟,与试验比较表明,数值模拟可较好地模拟二氧化碳相变致裂破岩过程。为进一步研究不同装填密度下CO2相变过程所能达到的极限压力（类似于密闭空间内爆...
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 二氧化碳相变致裂研究现状
1.3 本课题研究内容
第2章 液态二氧化碳相变致裂技术介绍
2.1 二氧化碳致裂工作原理
2.2 二氧化碳状态分析
2.3 致裂器结构介绍
2.3.1 致裂管装置
2.3.2 充装装置
2.4 测试系统
2.4.1 TST6260瞬态信号采集仪
2.4.2 传感器
2.4.2.1 冲击波压力传感器
2.4.2.2 温度传感器
第3章 室外试验与数值模拟
3.1 致裂安全性能分析
3.2 相变致裂半径
3.3 液态二氧化碳相变致裂试验
3.4 致裂管膛压压强响应与分析
3.5 TNT当量计算
3.6 破岩数值模拟
3.6.1 LS-DYNA理论简介
3.6.1.1 基本控制方程
3.6.1.2 空间有限元的离散化
3.6.1.2 简单积分单元与沙漏控制
3.6.1.3 时间积分和时间步长控制
3.6.2 模型选取
3.6.3 建立模型及运算结果
第4章 CO_2状态方程研究
4.1 常用状态方程简述
4.1.1 JWL状态方程
4.1.2 BKW状态方程
4.1.3 WCA状态方程
4.1.4 VLW状态方程
4.1.5 VHL状态方程
4.2 二氧化碳热力学状态方程
4.2.1 状态方程推导
4.2.2 参数拟合及计算分析
第5章 结论及展望
5.1 结论
5.2 创新点
5.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]液态CO2相变致裂增透技术在低透气性煤层的应用[J]. 李国辉,毕建乙. 现代矿业. 2017(08)
[2]圆筒试验JWL状态方程参数的贝叶斯标定[J]. 陈华,周海兵,刘国昭,孙占峰,张树道. 爆炸与冲击. 2017(04)
[3]超临界CO2管道减压过程中的热力学特性[J]. 喻健良,朱海龙,郭晓璐,闫兴清,曹琦,刘少荣. 化工学报. 2017(09)
[4]超临界CO2气爆煤体致裂规律模拟研究[J]. 孙可明,辛利伟,王婷婷,王金彧. 中国矿业大学学报. 2017(03)
[5]超临界CO2致裂页岩实验研究[J]. 刘国军,鲜学福,周军平,张良,刘启力,赵源,张树文. 煤炭学报. 2017(03)
[6]工业规模CO2管道大孔泄漏过程中的射流膨胀及扩散规律[J]. 喻健良,郑阳光,闫兴清,郭晓璐,曹琦,朱海龙,刘少荣. 化工学报. 2017(06)
[7]CO2液-气相变膨胀破岩机理及其安全效应测试研究[J]. 李必红,夏军,陈丁丁. 采矿技术. 2017(01)
[8]油田压裂废液对环境影响分析及处理技术[J]. 王海忠. 辽宁化工. 2016(12)
[9]浅析页岩气水力压裂开发对环境的影响[J]. 朱凯. 中国石油和化工标准与质量. 2016(22)
[10]二氧化碳爆破采掘装备及技术研究[J]. 杜泽生,范迎春,薛宇飞,陈朋磊,王洁. 煤炭科学技术. 2016(09)
博士论文
[1]炸药爆轰产物状态方程理论与应用研究[D]. 韩勇.中国工程物理研究院 2015
[2]受限空间气体爆炸传播及其动力学过程研究[D]. 王志荣.南京工业大学 2005
[3]维里型和立方型地质流体状态方程的理论研究[D]. 胡家文.成都理工大学 2002
硕士论文
[1]二氧化碳充装量与致裂效果的模拟分析[D]. 詹德帅.煤炭科学研究总院 2017
[2]低渗透煤层液态二氧化碳爆破预裂测试系统的设计与研究[D]. 郝鑫刚.中北大学 2016
[3]液态二氧化碳相变致裂影响半径时效性研究[D]. 赵龙.河南理工大学 2016
[4]不同相态下CO2管道输送方案研究[D]. 王文双.华北电力大学(北京) 2016
[5]煤层中液态二氧化碳相变致裂半径的研究[D]. 许梦飞.河南理工大学 2016
[6]基于不同爆破致裂方式的液态二氧化碳相变增透应用研究[D]. 孙建中.中国矿业大学 2015
[7]高河煤矿气相压裂强化增透瓦斯快速抽采技术研究[D]. 张军胜.河南理工大学 2014
[8]液态二氧化碳相变致裂增透机理研究[D]. 韩亚北.河南理工大学 2014
[9]二氧化碳的高压结构相变理论研究[D]. 李全一.辽宁大学 2013
本文编号：3174230
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 二氧化碳相变致裂研究现状
1.3 本课题研究内容
第2章 液态二氧化碳相变致裂技术介绍
2.1 二氧化碳致裂工作原理
2.2 二氧化碳状态分析
2.3 致裂器结构介绍
2.3.1 致裂管装置
2.3.2 充装装置
2.4 测试系统
2.4.1 TST6260瞬态信号采集仪
2.4.2 传感器
2.4.2.1 冲击波压力传感器
2.4.2.2 温度传感器
第3章 室外试验与数值模拟
3.1 致裂安全性能分析
3.2 相变致裂半径
3.3 液态二氧化碳相变致裂试验
3.4 致裂管膛压压强响应与分析
3.5 TNT当量计算
3.6 破岩数值模拟
3.6.1 LS-DYNA理论简介
3.6.1.1 基本控制方程
3.6.1.2 空间有限元的离散化
3.6.1.2 简单积分单元与沙漏控制
3.6.1.3 时间积分和时间步长控制
3.6.2 模型选取
3.6.3 建立模型及运算结果
第4章 CO_2状态方程研究
4.1 常用状态方程简述
4.1.1 JWL状态方程
4.1.2 BKW状态方程
4.1.3 WCA状态方程
4.1.4 VLW状态方程
4.1.5 VHL状态方程
4.2 二氧化碳热力学状态方程
4.2.1 状态方程推导
4.2.2 参数拟合及计算分析
第5章 结论及展望
5.1 结论
5.2 创新点
5.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]液态CO2相变致裂增透技术在低透气性煤层的应用[J]. 李国辉,毕建乙. 现代矿业. 2017(08)
[2]圆筒试验JWL状态方程参数的贝叶斯标定[J]. 陈华,周海兵,刘国昭,孙占峰,张树道. 爆炸与冲击. 2017(04)
[3]超临界CO2管道减压过程中的热力学特性[J]. 喻健良,朱海龙,郭晓璐,闫兴清,曹琦,刘少荣. 化工学报. 2017(09)
[4]超临界CO2气爆煤体致裂规律模拟研究[J]. 孙可明,辛利伟,王婷婷,王金彧. 中国矿业大学学报. 2017(03)
[5]超临界CO2致裂页岩实验研究[J]. 刘国军,鲜学福,周军平,张良,刘启力,赵源,张树文. 煤炭学报. 2017(03)
[6]工业规模CO2管道大孔泄漏过程中的射流膨胀及扩散规律[J]. 喻健良,郑阳光,闫兴清,郭晓璐,曹琦,朱海龙,刘少荣. 化工学报. 2017(06)
[7]CO2液-气相变膨胀破岩机理及其安全效应测试研究[J]. 李必红,夏军,陈丁丁. 采矿技术. 2017(01)
[8]油田压裂废液对环境影响分析及处理技术[J]. 王海忠. 辽宁化工. 2016(12)
[9]浅析页岩气水力压裂开发对环境的影响[J]. 朱凯. 中国石油和化工标准与质量. 2016(22)
[10]二氧化碳爆破采掘装备及技术研究[J]. 杜泽生,范迎春,薛宇飞,陈朋磊,王洁. 煤炭科学技术. 2016(09)
博士论文
[1]炸药爆轰产物状态方程理论与应用研究[D]. 韩勇.中国工程物理研究院 2015
[2]受限空间气体爆炸传播及其动力学过程研究[D]. 王志荣.南京工业大学 2005
[3]维里型和立方型地质流体状态方程的理论研究[D]. 胡家文.成都理工大学 2002
硕士论文
[1]二氧化碳充装量与致裂效果的模拟分析[D]. 詹德帅.煤炭科学研究总院 2017
[2]低渗透煤层液态二氧化碳爆破预裂测试系统的设计与研究[D]. 郝鑫刚.中北大学 2016
[3]液态二氧化碳相变致裂影响半径时效性研究[D]. 赵龙.河南理工大学 2016
[4]不同相态下CO2管道输送方案研究[D]. 王文双.华北电力大学(北京) 2016
[5]煤层中液态二氧化碳相变致裂半径的研究[D]. 许梦飞.河南理工大学 2016
[6]基于不同爆破致裂方式的液态二氧化碳相变增透应用研究[D]. 孙建中.中国矿业大学 2015
[7]高河煤矿气相压裂强化增透瓦斯快速抽采技术研究[D]. 张军胜.河南理工大学 2014
[8]液态二氧化碳相变致裂增透机理研究[D]. 韩亚北.河南理工大学 2014
[9]二氧化碳的高压结构相变理论研究[D]. 李全一.辽宁大学 2013
本文编号：3174230
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