淹没条件下水射流破岩效率数值模拟
发布时间：2021-01-08 00:47
随着陆地资源的枯竭，人们把对能源需求的目光投向了海底。由于海底压力的变化、工作环境的复杂多变使得当人们对煤、石油、金属结核矿物等矿产资源进行开采时，运用传统的开采方法具有很大的局限性。因此，研究一种安全、高效率、无污染的海底能源开采技术是一件迫在眉睫的任务。由于水射流开采技术具有无污染、无热反应区、反作用小、钻孔效率高等优点，如今已被应用到海洋工程。目前淹没水射流的破岩机理尚不清晰，且影响因素众多，加上岩石材料的透明性差，人们很难观察和捕捉到水射流冲击岩石时岩石内部应力应变及其他相关信息，因此深入研究淹没水射流的破岩效率及机理显得尤为重要。本文采取数值模拟与理论分析相结合的方法研究水射流参数对破岩效率的影响及岩石在水射流冲击下其内部结构的变形状况，得到了以下有益的结论：（1）运用非线性动力有限元法，采用罚函数耦合方式实现射流与岩石的耦合，从而建立了淹没条件水射流破岩的数值计算模型。（2）随着射流速度的增加，冲蚀深度随之迅速增加，但对冲蚀孔径影响较小。当射流速度大于500m/s时，冲蚀深度不再随射流速度增加而显著增加，而是逐渐趋于稳定。因此，从最佳经济效益考虑，500m/s的破岩速度最佳...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 课题研究意义
1.2 淹没水射流概述
1.2.1 水射流技术的发展及其特点
1.2.2 淹没水射流结构特性
1.2.3 淹没水射流分类
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内水射流研究现状
1.4 影响淹没水射流破岩效率的因素
1.5 本文的主要研究内容
2 淹没水射流破岩理论及流固耦合分析
2.1 流体的基本特性
2.2 岩石破坏理论及本构模型
2.2.1 岩石的基本性质
2.2.2 水射流作用下的岩石破坏理论
2.2.3 岩石本构模型分析
2.3 淹没水射流破岩流固耦合分析
2.4 本章小结
3 淹没水射流破岩数值计算模型
3.1 淹没水射流破岩数值计算方法
3.2 淹没射流破岩数值模型
3.2.1 几何模型
3.2.2 网格划分
3.2.3 边界条件设定
3.2.4 力学模型
3.2.5 模型的材料参数
3.3 本章小结
4 淹没水射流破岩数值模拟
4.1 不同射流参数下淹没射流破岩效率数值模拟
4.1.1 不同射流速度下淹没射流对岩石的破碎效率数值模拟
4.1.2 不同靶距下淹没射流对岩石的破碎效率数值模拟
4.1.3 不同射流直径的淹没射流对岩石的破碎效率数值模拟
4.1.4 不同靶距下的最低破岩速度数值模拟
4.2 射流冲击下岩石内部结构变形数值模拟
4.2.1 淹没条件下射流直径改变对岩石内部变形影响数值模拟
4.2.2 淹没条件下射流速度改变对岩石内部变形影响数值模拟
4.2.3 淹没条件下岩石在射流冲蚀下沿轴向及径向的变形规律
4.3 本章小结
5 结论与展望
5.1 主要结论
5.2 展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]淹没磨料射流效应实验研究[J]. 向文英,卢义玉,李晓红,冯欣艳. 中南大学学报(自然科学版). 2009(06)
[2]高压水射流技术的发展及应用[J]. 杨志,陈世明,张毅军,李满. 机械管理开发. 2009(05)
[3]单个磨料颗粒冲击岩石过程的数值模拟研究[J]. 王明波,王瑞和,陈炜卿. 石油钻探技术. 2009(05)
[4]基于淹没环境的超高压后混合磨料水射流切割试验研究[J]. 王宗龙,胡寿根,姚文龙,杨升. 流体机械. 2009(03)
[5]淹没磨料射流的空泡运动分析[J]. 卢义玉,向文英,李晓红. 应用力学学报. 2009(01)
[6]淹没条件下超高压磨料水射流切割岩石的实验研究[J]. 王宗龙,胡寿根,姚文龙. 水动力学研究与进展A辑. 2009(02)
[7]脉冲水射流破岩的数值模拟与分析[J]. 白志华,曹林卫. 重庆工学院学报(自然科学版). 2009(02)
[8]基于Ansys的固液两相射流喷嘴外流场数值模拟研究[J]. 崔俊奎,李国威,武春晓. 煤炭工程. 2008(07)
[9]淹没条件下超高压水射流破岩影响因素与机制分析[J]. 廖华林,李根生,牛继磊. 岩石力学与工程学报. 2008(06)
[10]高压水射流的发展与应用[J]. 庄静伟,王强,史亮,杜峰峰. 木材加工机械. 2007(04)
博士论文
[1]高压水射流钻孔破煤机理研究[D]. 梁运培.山东科技大学 2007
[2]多股多层水平淹没射流的消能研究[D]. 李艳玲.四川大学 2004
硕士论文
[1]水射流对钴结壳的破碎研究[D]. 周玉军.中南大学 2010
本文编号：2963571
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 课题研究意义
1.2 淹没水射流概述
1.2.1 水射流技术的发展及其特点
1.2.2 淹没水射流结构特性
1.2.3 淹没水射流分类
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内水射流研究现状
1.4 影响淹没水射流破岩效率的因素
1.5 本文的主要研究内容
2 淹没水射流破岩理论及流固耦合分析
2.1 流体的基本特性
2.2 岩石破坏理论及本构模型
2.2.1 岩石的基本性质
2.2.2 水射流作用下的岩石破坏理论
2.2.3 岩石本构模型分析
2.3 淹没水射流破岩流固耦合分析
2.4 本章小结
3 淹没水射流破岩数值计算模型
3.1 淹没水射流破岩数值计算方法
3.2 淹没射流破岩数值模型
3.2.1 几何模型
3.2.2 网格划分
3.2.3 边界条件设定
3.2.4 力学模型
3.2.5 模型的材料参数
3.3 本章小结
4 淹没水射流破岩数值模拟
4.1 不同射流参数下淹没射流破岩效率数值模拟
4.1.1 不同射流速度下淹没射流对岩石的破碎效率数值模拟
4.1.2 不同靶距下淹没射流对岩石的破碎效率数值模拟
4.1.3 不同射流直径的淹没射流对岩石的破碎效率数值模拟
4.1.4 不同靶距下的最低破岩速度数值模拟
4.2 射流冲击下岩石内部结构变形数值模拟
4.2.1 淹没条件下射流直径改变对岩石内部变形影响数值模拟
4.2.2 淹没条件下射流速度改变对岩石内部变形影响数值模拟
4.2.3 淹没条件下岩石在射流冲蚀下沿轴向及径向的变形规律
4.3 本章小结
5 结论与展望
5.1 主要结论
5.2 展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]淹没磨料射流效应实验研究[J]. 向文英,卢义玉,李晓红,冯欣艳. 中南大学学报(自然科学版). 2009(06)
[2]高压水射流技术的发展及应用[J]. 杨志,陈世明,张毅军,李满. 机械管理开发. 2009(05)
[3]单个磨料颗粒冲击岩石过程的数值模拟研究[J]. 王明波,王瑞和,陈炜卿. 石油钻探技术. 2009(05)
[4]基于淹没环境的超高压后混合磨料水射流切割试验研究[J]. 王宗龙,胡寿根,姚文龙,杨升. 流体机械. 2009(03)
[5]淹没磨料射流的空泡运动分析[J]. 卢义玉,向文英,李晓红. 应用力学学报. 2009(01)
[6]淹没条件下超高压磨料水射流切割岩石的实验研究[J]. 王宗龙,胡寿根,姚文龙. 水动力学研究与进展A辑. 2009(02)
[7]脉冲水射流破岩的数值模拟与分析[J]. 白志华,曹林卫. 重庆工学院学报(自然科学版). 2009(02)
[8]基于Ansys的固液两相射流喷嘴外流场数值模拟研究[J]. 崔俊奎,李国威,武春晓. 煤炭工程. 2008(07)
[9]淹没条件下超高压水射流破岩影响因素与机制分析[J]. 廖华林,李根生,牛继磊. 岩石力学与工程学报. 2008(06)
[10]高压水射流的发展与应用[J]. 庄静伟,王强,史亮,杜峰峰. 木材加工机械. 2007(04)
博士论文
[1]高压水射流钻孔破煤机理研究[D]. 梁运培.山东科技大学 2007
[2]多股多层水平淹没射流的消能研究[D]. 李艳玲.四川大学 2004
硕士论文
[1]水射流对钴结壳的破碎研究[D]. 周玉军.中南大学 2010
本文编号：2963571
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