收藏本站
《重庆大学》 2012年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

淹没条件下水射流破岩效率数值模拟

张宏  
【摘要】: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。 (3)随着靶距的增大,岩石的冲蚀深度迅速减小,但冲蚀孔径有一定程度增大,在冲蚀深度与冲蚀孔径的变化上均未出现最优靶距,但冲蚀体积存在最优靶距,最优靶距为5mm。同时模拟得出不同靶距下的最低破岩速度,当达到最低破岩速度后,随着射流速度的增加,冲蚀深度的增加分为2个阶段。 (4)随着射流直径的增加,岩石的冲蚀深度几乎不变,但冲蚀孔径迅速增大,增大趋势呈线性增长。且射流直径对冲蚀孔径的影响大于靶距的影响。 (5)在水射流与岩石刚接触的瞬间,最大塑性应变区域出现在水射流与岩石接触部位的边缘处,该区域最先发生破坏。岩石沿轴向及径向的塑性应变随着射流速度及直径的增加而迅速增加,但岩石沿轴向的塑性应变高于径向的塑性应变,且岩石的变形过程分为压密、稳定变形及卸载3个阶段。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:P744

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 白志华;曹林卫;;脉冲水射流破岩的数值模拟与分析[J];重庆工学院学报(自然科学版);2009年02期
2 薛源;陶晓杰;;高压水射流技术[J];仪器仪表用户;2010年01期
3 卢义玉;冯欣艳;李晓红;向文英;;高压空化水射流破碎岩石的试验分析[J];重庆大学学报(自然科学版);2006年05期
4 刘佳亮;司鹄;;高压水射流破碎高围压岩石损伤场的数值模拟[J];重庆大学学报;2011年04期
5 杨小林,王树仁;岩石爆破损伤模型及评述[J];工程爆破;1999年03期
6 倪红坚,王瑞和,张延庆;高压水射流作用下岩石的损伤模型[J];工程力学;2003年05期
7 张桂华;;海洋开采技术的发展及对海洋生态系统的影响[J];矿业工程;2006年02期
8 李根生;廖华林;;超高压水射流冲蚀切割岩石断口微观断裂机理实验研究[J];高压物理学报;2005年04期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 周玉军;水射流对钴结壳的破碎研究[D];中南大学;2010年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 梁建国,湛华;挑梁根部设钢筋混凝土柱时设计计算方法[J];四川建筑科学研究;2001年04期
2 李扬,高日,晏景通;自重对索网结构找形的影响[J];四川建筑科学研究;2003年02期
3 段凯,杨新华,杨文兵;用ANSYS软件计算桥梁结构的温度应力[J];四川建筑科学研究;2005年03期
4 马杰,侯景军,何英明;昆明某大厦纠偏的有限元分析[J];四川建筑科学研究;2005年04期
5 薛松涛;张茂雨;谢丽宇;陈镕;王远功;;在地震波作用下地下连续墙的动力响应[J];四川建筑科学研究;2005年06期
6 黄怡;王元清;石永久;;框架—支撑钢结构抗震性能的有限元分析[J];四川建筑科学研究;2005年06期
7 陈辉;袁海庆;李盛;刘文龙;高翔;;温度作用对钢筒仓结构影响的有限元分析[J];四川建筑科学研究;2006年06期
8 高辉;赵金城;尚春雨;;地震作用下池壁厚度变化对水体晃动的影响[J];四川建筑科学研究;2007年05期
9 左立;曾祥勇;;西部红层软岩地区某桥梁扩大基础有限元分析[J];四川建筑科学研究;2009年06期
10 张俊峰;王利娟;郝际平;李天;;几何非线性新梁柱单元及结构程序设计[J];四川建筑科学研究;2011年04期
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吕国庆;前混合水射流喷丸强化数值模拟与试验研究[D];河南理工大学;2010年
2 李波;义安矿水力冲孔卸压增透消突技术研究[D];河南理工大学;2010年
3 赵文武;淮南矿区典型煤层水力冲孔技术参数研究及消突效果考察[D];河南理工大学;2010年
4 侯建军;高温矿井热环境数值模拟及热害控制技术研究[D];河南理工大学;2010年
5 高振周;煤矿井下水力冲孔快速消突的射流特性与防突机理研究[D];河南理工大学;2010年
6 吴蒙;浇注工艺对薄壁铝合金真空差压充型影响的研究[D];南昌航空大学;2010年
7 张学武;基于磁控技术的TIG焊残余应力的研究[D];南昌航空大学;2010年
8 刘帅;大型渠道混凝土振动密实成型数值模拟研究[D];山东科技大学;2010年
9 范子嘉;长脉冲激光与金属相互作用的热分析[D];长春理工大学;2010年
10 辛栋;纤维增强聚合物复合材料力学性能的数值预测[D];郑州大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 向文英;李晓红;卢义玉;梁峰;;磨料射流破碎岩石的性能研究[J];地下空间与工程学报;2006年01期
2 田保林;刘妍;申卫东;王双虎;江松;;可压缩多介质流动的整体ALE方法(GALE)[J];北京理工大学学报;2010年05期
3 王肖钧,胡秀章,李永池;高速碰撞中的有限元方法及其应用[J];爆炸与冲击;1993年04期
4 宋顺成,才鸿年;弹丸侵彻混凝土的SPH算法[J];爆炸与冲击;2003年01期
5 廖华林;李根生;;孔隙流体耦合效应对射流冲击应力分布的影响分析[J];爆炸与冲击;2006年01期
6 鞠杨;环小丰;宋振铎;田鹭璐;毛彦喆;;损伤围岩中爆炸应力波动的数值模拟[J];爆炸与冲击;2007年02期
7 邵文航;高压水射流清洗技术在纯碱工业中的应用[J];纯碱工业;2004年03期
8 夏益霖;液体晃动试验的数据处理方法[J];导弹与航天运载技术;1993年03期
9 马维林,金翔龙,陈建林,苏新,章伟艳;中太平洋海山区富钴结壳地质特征[J];东海海洋;2002年03期
10 赵宏樵,姚龙奎;中太平洋富钴结壳Co元素地球化学特征[J];东海海洋;2003年04期
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 吴迪宏;射流喷嘴性能影响因素的分析与评价[D];天津科技大学;2003年
2 陶彬;高压水射流加工理论与技术基础研究[D];大连理工大学;2003年
3 袁碧华;钴结壳振动切削规律的试验研究[D];中南大学;2004年
4 李俊;螺旋切削式深海钴结壳采矿头最小工作能耗设计研究[D];中南大学;2005年
5 付曙光;高压水除鳞喷嘴射流特性的CFD仿真[D];武汉科技大学;2007年
6 兰华菊;空化水射流破岩实验研究及机理分析[D];重庆大学;2007年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘美清,王军;水射流加工聚合物基复合材料的数学建模(英文)[J];青岛海洋大学学报(自然科学版);1998年04期
2 杨迎新,张文卫,李斌,刘勇,林敏;牙齿破岩效率的评价及牙齿优选探讨[J];岩石力学与工程学报;2001年01期
3 史革盟;;牙轮钻头牙齿破岩有限元分析[J];科技信息;2011年21期
4 王晓凤;潘文厚;杨茂君;;物探钻井气动冲击器的发展研究[J];物探装备;2008年01期
5 王光富,王广昌;水射流导引激光精密切割[J];光电子技术与信息;2000年02期
6 卢义玉;冯欣艳;李晓红;向文英;;高压空化水射流破碎岩石的试验分析[J];重庆大学学报(自然科学版);2006年05期
7 李恩涛;武士杰;程守业;徐广龙;;反井钻井硬岩滚刀研制与开发[J];煤矿机械;2007年10期
8 屠厚泽 ,厉美恒 ,刘士迈;切削具的线性尺寸、线速度、轴载的稳定性对岩屑粒度和破岩效率的影响[J];地球科学-中国地质大学学报;1981年01期
9 刘柏禄;潘建忠;谢世勇;;岩石破碎方法的研究现状及展望[J];中国钨业;2011年01期
10 白志华;曹林卫;;脉冲水射流破岩的数值模拟与分析[J];重庆工学院学报(自然科学版);2009年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨迎新;张文卫;李斌;刘勇;林敏;;牙齿破岩效率的评价及牙齿优选探讨[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(下册)[C];2001年
2 李斌;杨春雷;;钻头破岩效率的仿真分析[A];第十届全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2008年
3 王怀志;李文增;;新型煤矿竖井钻机在深厚冲击层大井径井筒施工中的应用[A];矿山建设工程新进展——2006全国矿山建设学术会议文集(上册)[C];2006年
4 赵陆;李福援;;冰粒射流工艺能力的初步研究[A];制造技术自动化学术会议论文集[C];2004年
5 李夕兵;周子龙;王卫华;;岩石破碎工程发展现状与展望[A];2009—2010岩石力学与岩石工程学科发展报告[C];2010年
6 林敏;杨迎新;马德坤;刘琪;;牙轮钻头刮切破岩的实验研究方法[A];新世纪岩石力学与工程的开拓和发展——中国岩石力学与工程学会第六次学术大会论文集[C];2000年
7 韩传军;张茂;杨斌;;基于Pro/E的牙轮钻头牙齿参数化造型设计[A];先进制造技术论坛暨第三届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2004年
8 常宗旭;赵阳升;冯增朝;杨栋;;水射流在煤层中水平钻孔的试验研究[A];第九届全国岩石动力学学术会议论文集[C];2005年
9 张召平;李根生;牛继磊;黄中伟;易灿;;利用机械和水力能量提高深井钻井速度[A];第七届全国水动力学学术会议暨第十九届全国水动力学研讨会文集(上册)[C];2005年
10 王强;;BMC系列反井钻机技术应用及发展[A];矿山建设工程技术新进展——2008全国矿山建设学术会议文集(下)[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前5条
1 本报记者 钟燕平;蔬菜清洗杀菌新设备研制成功[N];农民日报;2009年
2 马占云 王文立;旋冲钻井研究取得新进展[N];中国石化报;2010年
3 本报记者 赵士振 通讯员 徐毅;优快钻井出精品[N];中国石化报;2011年
4 孙海涛;小井眼钻头赢深井钻具市场[N];中国石化报;2011年
5 记者 叶桂华 通讯员 陈坚;宝锐钻头能入地几千米[N];泰州日报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 王晖;自振脉冲磨料水射流安全切割实验及应用研究[D];中国矿业大学(北京);2012年
2 赵金昌;高温高压条件下冲击—切削钻孔破岩实验研究[D];太原理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张宏;淹没条件下水射流破岩效率数值模拟[D];重庆大学;2012年
2 孙书蕾;水射流增压系统及机床结构分析[D];西华大学;2010年
3 胡绍波;面向光学玻璃的精密加工技术研究[D];东华大学;2011年
4 牛涛;提高微小井眼钻头破岩效率的研究[D];中国石油大学;2008年
5 吴逾强;高压磨料射流切缝特性实验研究[D];重庆大学;2011年
6 谢正威;圆锥台零件水射流渐进成形工艺试验及加工路径研究[D];沈阳航空航天大学;2012年
7 孙勇;水力喷射钻头射流流场的数值模拟及破岩机理研究[D];东北石油大学;2012年
8 武士杰;反井钻机镐形镶齿滚刀破岩效果的研究[D];煤炭科学研究总院;2007年
9 谭放;空化清洗喷嘴的射流流场的数值模拟研究[D];东北石油大学;2011年
10 丁世清;适合南堡油田火成岩的PDC钻头设计与应用[D];中国石油大学;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026