强脉冲放电对硬岩目标破坏特性研究

发布时间：2017-09-03 16:23

  本文关键词：强脉冲放电对硬岩目标破坏特性研究

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【摘要】：强脉冲放电破碎硬岩技术当前在矿石开采、结石破碎和爆破等领域具有很好的应用前景,具有高效、环保和经济等优点,但由于强脉冲放电破碎的影响因素复杂,破碎机理及电源研制均有待深入研究。本文主要针对高能量、强功率输出的破碎硬岩电源,开展了其电源中关键部分的设计、影响硬岩破碎效果因素的探索、硬岩电破碎的过程及毁伤特性的研究。强脉冲放电电源的能量输出效率直接决定其对硬岩破碎的效果,然而能量输出的效率很大程度上取决于电源开关的性能。本文针对其电源要求,利用已有气体开关结构,在其基础上进行结构优化,主要采用CST软件中静电场模块对其结构自动优化,并根据电场分布的均匀性确定满足电源要求的开关结构最优值,然后通过实验对优化后的开关电极进行性能测试,判断其是否符合强脉冲放电破碎硬岩电源的性能要求。影响强脉冲放电破碎硬岩效率的因素有很多,包括输出电极形状和间距、介质绝缘液以及硬岩的特性等。本文为了探讨这些因素与强脉冲破碎硬岩效率的关系,首先对强脉冲放电破碎硬岩按照其实物进行建模,然后采用CST软件中的粒子场模块对其破碎模型进行仿真,观察其输出产生的粒子在硬岩内的运动轨迹、电场分布、电流密度分布、电荷密度分布和电场能量分布等,通过分析和对比这些电参数的分布来判断每个因素对电破碎效果影响规律;最后采用实验对其仿真验证,对比分析可得仿真与实验所获得的结论基本保持一致,为今后强脉冲放电破碎硬岩奠定一定的理论基础。强脉冲放电破碎硬岩是一个复杂的过程,其破碎过程中的能量分布,硬岩阻抗的变化,以及岩石的破坏特性等问题都是亟待解决的,本文针对这些问题进行研究。首先对破碎硬岩电路进行等效,并采用Pspice软件对其电路仿真,分析可得硬岩内的能量消耗变化以及硬岩阻抗随时间的变化,从而可知破碎硬岩能量的利用率;其次利用动能守恒原则并假设硬岩为均匀刚体,可得在电破碎过程中,注入等离子体通道中的能量全部转化成硬岩的动能;最后采用能量等价原则且等离子体通道为规则的圆柱体,即将注入等离子体中的能量转化为同能量的TNT炸药,利用ANSYS/Autodyn软件对炸药破碎硬岩进行仿真,分析得到硬岩的能量分布、质量变化、破碎机理等特性,从而预判和推测强脉冲放电电源对硬岩的破坏机理、毁坏特性以及其破碎方法的优势等。
【关键词】：强脉冲放电 岩石破碎 气体开关 CST仿真
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD313
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 概述12-13
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势13-17
• 1.2.1 国外研究现状及发展趋势13-15
• 1.2.2 国内研究现状及发展趋势15-17
• 1.3 本文主要的工作内容17-18
• 第2章 脉冲放电破碎硬岩气体开关的优化18-33
• 2.1 气体开关击穿机理分析18-20
• 2.1.1 汤生理论18-19
• 2.1.2 流注理论19-20
• 2.2 气体开关模型的建立20-22
• 2.2.1 气体开关的分类20-21
• 2.2.2 气体开关模型21-22
• 2.3 气体开关的仿真分析22-29
• 2.3.1 CST软件的概述22-23
• 2.3.2 气体开关电极的静电场仿真23-27
• 2.3.3 气体开关电极的粒子场仿真27-29
• 2.4 气体开关的实验分析29-31
• 2.5 本章小结31-33
• 第3章 脉冲放电破碎硬岩影响因素的分析33-48
• 3.1 输出电极对破碎硬岩的影响33-36
• 3.1.1 输出电极形状对破碎硬岩的影响33-34
• 3.1.2 输出电极间距对破碎硬岩的影响34-35
• 3.1.3 输出电极的放置方式对破碎硬岩的影响35-36
• 3.2 岩矿孔隙率对破碎岩矿的影响36-38
• 3.2.1 仿真模型的建立36-37
• 3.2.2 岩矿空隙的仿真37-38
• 3.3 硬岩厚度对破碎硬岩的影响38-40
• 3.3.1 仿真模型的建立38-39
• 3.3.2 不同厚度硬岩的仿真39-40
• 3.4 硬岩中气泡对破碎硬岩的影响40-41
• 3.4.1 仿真模型的建立40
• 3.4.2 有气泡硬岩的仿真40-41
• 3.5 绝缘液对破碎硬岩的影响41-42
• 3.6 工作电压对破碎硬岩的影响42-43
• 3.7 硬岩种类对破碎硬岩的影响43-44
• 3.8 电破碎硬岩影响因素的实验分析44-47
• 3.8.1 输出电极间距对电破碎的影响45-46
• 3.8.2 岩石种类对电破碎的影响46-47
• 3.9 本章小结47-48
• 第4章 硬岩电破碎过程及毁伤分析48-63
• 4.1 硬岩中等离子体通道的形成48-49
• 4.1.1 固体击穿理论48-49
• 4.1.2 硬岩的电击穿49
• 4.2 硬岩中等离子体通道能量的注入49-54
• 4.3 等离子通道引起硬岩变形54-57
• 4.4 硬岩破坏特性分析57-61
• 4.4.1 破碎模型的建立58
• 4.4.2 硬岩破碎仿真及分析58-61
• 4.5 本章小结61-63
• 总结63-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果70-71
• 致谢71-72

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本文编号：786074