微波照射岩石效果影响因素及其影响规律数值试验研究

发布时间：2020-12-21 00:32

　　微波技术处理矿石可以运用到微波辅助机械破碎以降低设备刀具的磨损问题并提高效率,促进实现新型“微波+机械破岩”方法。微波辅助破岩过程中矿物形态、含量、物理力学参数、岩石种类以及照射距离是影响照射效果重要的因素,开展这些因素的影响规律以及影响机理研究,可以促进提高微波照射效果和促进实际应用。本文利用COMSOL采用多场耦合的数值模拟手段,研究了不同矿物形状、含量、物理力学参数、岩石种类以及照射距离等条件下的电磁场、温度场应力场、塑性区特征;以黄铁矿为对象,研究了介电常数、比热容、导热系数、热膨胀系数、粘聚力和内摩擦角等物理力学因素对微波破岩效果及其机理的影响,建立了玄武岩、石灰岩和花岗岩在微波照射下的数值模拟,分析了不同种类岩石对微波照射效果的影响规律,主要成果如下:（1）定量了矿物之间的形状差异并用无量纲单位圆度系数R表示,Re(0,1],1表示圆,研究了在相同的微波照射环境下圆度系数与照射效果之间的关系,研究结果表明:当微波环境为1kW,2s时,圆度系数从0.71～1,会导致矿物内部的热应力减小15%,塑性区占比系数变小20%,且该差距会随着照射时间增加而增加。（2）建立强吸波矿物（黄... 

【文章来源】：西安理工大学陕西省

【文章页数】：154 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 本课题国内外研究现状
        1.2.1 微波照射矿物相关研究现状
        1.2.2 微波照射岩石研究现状
    1.3 本文研究内容及研究思路
        1.3.1 总体研究思路
        1.3.2 主要研究内容
    1.4 本文研究技术路线
2 微波照射基本原理及试验模型与方案
    2.1 微波加热原理
        2.1.1 微波照射特点分析
        2.1.2 微波加热原理与特性分析
    2.2 微波照射岩石的损伤理论研究
        2.2.1 岩石损伤理论
        2.2.2 岩石损伤影响因素
        2.2.3 岩体材料本构模型
        2.2.4 微波照射岩石的电磁场、温度场以及应力场基本方程
    2.3 二元介质矿物试验分析模型与方案
        2.3.1 矿物尺寸位置与边界条件
        2.3.2 矿物形状影响方案
        2.3.3 矿物含量影响方案
        2.3.4 矿物电磁与热力学及剪切强度参数影响方案
        2.3.5 矿物物理力学参数选取
    2.4 岩石试验分析模型与方案
        2.4.1 一种TBM上微波照射布置方案
        2.4.2 试验模型的建立
        2.4.3 岩石种类与照射距离研究方案
        2.4.4 试验岩石材料参数
    2.5 本章小结
3 二元介质中矿物形状与含量对微波照射效果的影响研究
    3.1 矿物形状对微波照射效果的影响
        3.1.1 矿物形状量化参数研究
        3.1.2 规则形状矿物对微波照射效果的影响
        3.1.3 不规则形状矿物对微波照射效果的影响
    3.2 矿物含量对微波照射效果的影响
        3.2.1 矿物含量对电场影响
        3.2.2 矿物含量对温度场影响
        3.2.3 矿物含量对应力场影响
        3.2.4 矿物含量对塑性区影响
    3.3 本章小结
4 二元介质中矿物物理力学参数对微波照射效果影响
    4.1 矿物电磁与热力学参数对微波照射的影响分析
        4.1.1 矿物比热容影响分析
        4.1.2 矿物导热系数影响分析
        4.1.3 矿物热膨胀系数影响分析
        4.1.4 矿物介电常数影响分析
    4.2 矿物剪切强度参数对微波照射的影响
        4.2.1 矿物内摩擦角影响
        4.2.2 矿物粘聚力影响
    4.3 本章小结
5 微波照射岩石效果的影响因素研究
    5.1 岩石种类对微波照射效果影响
        5.1.1 对电场影响分析
        5.1.2 对温度场影响分析
        5.1.3 对应力场影响分析
        5.1.4 对塑性区影响分析
    5.2 照射距离对微波照射效果影响
        5.2.1 对电场影响分析
        5.2.2 对温度场影响分析
        5.2.3 对应力场影响分析
        5.2.4 对塑性区影响分析
    5.3 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间主要研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]不同微波照射参数对花岗岩强度的影响[J]. 戴俊,宋四达,屠冰冰,高玉柱,杜文平.  科学技术与工程. 2017(18)
[2]微波加热路径对硬岩破碎效果影响试验研究[J]. 李元辉,卢高明,冯夏庭,张希巍.  岩石力学与工程学报. 2017(06)
[3]微波场强化化工分离过程研究进展[J]. 李洪,崔俊杰,李鑫钢,高鑫.  化工进展. 2016(12)
[4]微波照射下岩石颗粒温度分布及影响因素分析[J]. 李勇,屈钧利,秦立科.  煤炭技术. 2016(10)
[5]微波照射下岩石损伤的数值模拟研究[J]. 戴俊,潘艳宾.  煤炭技术. 2016(10)
[6]微波照射下岩石损伤CT试验研究[J]. 戴俊,师百垒,杨凡,盛骁,池佐华.  西安科技大学学报. 2016(05)
[7]不同间断比尺下微波诱发岩石损伤的离散元模拟研究[J]. 唐阳,徐国宾,孙丽莹,徐霖玉,杜晨曲.  水力发电学报. 2016(07)
[8]微波照射对玄武岩强度的影响分析[J]. 李勇,屈钧利,闫鹏飞.  煤炭技术. 2016(07)
[9]微波辅助机械破岩试验和理论研究进展[J]. 卢高明,李元辉,HASSANI Ferri,张希巍.  岩土工程学报. 2016(08)
[10]微波照射和冲击荷载作用后岩石裂纹试验研究[J]. 戴俊,杜文平,吴涛,师百垒.  河南理工大学学报(自然科学版). 2016(03)

硕士论文
[1]微波照射下岩石损伤演化的数值模拟研究[D]. 孟振.西安科技大学 2014



本文编号：2928849