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《重庆大学》 2007年
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空化水射流破岩实验研究及机理分析

兰华菊  
【摘要】: 空化水射流破岩技术已成功应用于煤矿开采、石油钻井、岩石切割等工程领域,但目前对空化水射流作用下岩石破碎机理尚未形成统一认识和一般性理论。 本论文依托国家自然科学基金创新群体基金项目“高压水射流破岩理论及其在地下工程中的应用基础研究(50621403)”,通过空化水射流破岩的大量实验,分析了空化水射流参数对冲蚀破岩效果的影响;并将实验结果与数值计算结果进行对比分析,寻求到最佳的数值计算模型;运用CT扫描测试技术、AE声发射测试技术对岩石进行了损伤破坏测试,揭示了空化水射流破岩机理,为空化水射流破岩理论的进一步完善提供依据。 本文的主要研究内容和结论如下: ①空化水射流冲蚀破岩实验结果显示,破岩效果(冲蚀质量、冲蚀深度)随泵压呈二次曲线关系增加,随围压呈二次曲线关系减少;空泡云与破岩效果的关系则表明空化作用是空化水射流破岩的主要影响因素。 ②比较分析Standard k -ε模型、RNG k -ε模型、Realisable k -ε模型、Standard k -ω模型及SST k -ω模型模拟缩放型喷嘴产生空化水射流流场,结果表明RNG k -ε模型更适合数值模拟缩放型喷嘴内的射流压力速度等分布状态。且RNG k -ε模型数值计算结果显示,泵压达到6.5MPa时出现空化现象,湍动能最大值出现在喷嘴出口7mm处,与空化水射流冲蚀实验结果完全一致。 ③借助CT机、PCI-2 System AE声发射系统测试岩石的裂隙变化,结合数值计算结果,揭示了空化水射流破碎岩石机理。空化水射流作用下岩石的破碎是裂纹扩展的结果,空泡溃灭时产生微射流和冲击波加速了裂纹的扩展,使空化水射流具有更强的破岩能力,砂岩冲蚀破碎区周围还存在较大范围的损伤破坏,根据破坏情况将岩石在空间区域上可划分:冲蚀空腔、裂隙区(损伤区)、非影响区域。 ④空化水射流在本实验设备能达到的最高泵压条件下无法冲蚀破碎石灰岩,而对砂岩却表现出巨大的冲蚀能力。现有的空化冲蚀理论中,化学腐蚀理论、电化学理论、热作用理论均不能解释该实验现象,论文引入岩石裂隙的研究结合机械作用理论进行了分析。本论文的创新之处在于找到了空化水射流模拟的最佳模型RNG k -ε模型,并且利用CT机、PCI-2 System AE声发射系统测试岩石的裂隙变化,揭示了空化水射流破碎岩石机理,对空化水射流破岩理论的完善具有重要意义。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TD315

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【引证文献】
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1 卢义玉;沈晓莹;汤积仁;夏彬伟;王景环;;磨料水射流钻头破岩过程的力学分析[J];中国矿业大学学报;2012年04期
2 刘佳亮;司鹄;张宏;;淹没状态下高压水射流破岩效率分析[J];中国安全科学学报;2012年11期
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1 张玲花;胶体液流动压空化射流抛光流场数值模拟及实验研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 沈晓莹;新型硬质合金钻头及钻进硬岩实验研究[D];重庆大学;2011年
3 周玉军;水射流对钴结壳的破碎研究[D];中南大学;2010年
4 张峰;中心体喷嘴射流特性的实验研究与数值计算[D];江苏大学;2010年
【参考文献】
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1 丁卫华,仵彦卿,蒲毅彬,廖全荣;CT技术应用于岩石实验动态观测的新进展[J];冰川冻土;2000年03期
2 周志龙,周明来,王冬;高压水射流技术的发展及其在军内外的应用[J];重庆工业高等专科学校学报;2003年02期
3 王萍辉;空化射流在管道清洗中的应用[J];电力科学与工程;2002年04期
4 张凤华,廖振方,唐川林,杨林;空化水射流的化学效应[J];重庆大学学报(自然科学版);2004年01期
5 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
6 张国,薛玺成,麻凤海;裂隙岩体水力特性及其对边坡稳定性的影响[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);1998年04期
7 D.萨莫斯,王维德;水射流切割技术的发展[J];国外金属矿山;1994年06期
8 胡寿根,朱美洲;空化水射流研究现状及其应用[J];华东工业大学学报;1996年01期
9 葛修润,任建喜,蒲毅彬,马巍,朱元林;岩石细观损伤扩展规律的CT实时试验[J];中国科学E辑:技术科学;2000年02期
10 胡寿根,朱美洲,蒋 澄;淹没水射流冲蚀性能试验研究[J];机械工程学报;1997年03期
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1 廖勇;高围压下磨料水射流切割的模糊建模和实验研究[D];重庆大学;2004年
【共引文献】
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1 范颖芳,周晶;人工神经网络在受腐蚀钢筋混凝土结构工程中的应用[J];四川建筑科学研究;2004年01期
2 柯长仁;蒋俊玲;陈升平;;混凝土单轴压缩损伤的模型试验研究[J];四川建筑科学研究;2008年05期
3 张雪颖;阮怀宁;贾彩虹;;岩石损伤力学理论研究进展[J];四川建筑科学研究;2010年02期
4 康家甦;;电站储煤场自燃现象分析与储煤系统优化[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2009年01期
5 赵阳升;;我国煤矿安全面临的重大难题及其思考[J];兵工安全技术;1999年06期
6 周小平,张永兴,哈秋聆;裂隙岩体加载和卸荷条件下应力强度因子[J];地下空间;2003年03期
7 包太,刘新荣,朱可善,张胜群;裂隙岩体渗流场与卸荷应力场耦合作用[J];地下空间;2004年03期
8 吕兆兴;冯增朝;赵阳升;;孔隙介质中渗流团分形维数的模拟计算方法[J];地下空间与工程学报;2005年06期
9 龙芝辉,汪志明,王小秋,陈文亮;射流作用下岩石局部渗流压力分布的研究[J];地下空间与工程学报;2005年S1期
10 许江;鲜学福;王鸿;;循环载荷作用下周期充水岩石变形规律的研究[J];地下空间与工程学报;2006年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 常宝华;熊伟;高树生;刘华勋;张静楠;;大尺度缝洞型油藏弹性开采特征实验研究[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
2 傅礼兵;姚约东;;基于指数式非达西渗流模型的解析解[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
3 唐明云;施安峰;贾江涛;吴斌;王晓宏;;考虑轻油组分的SAGD过程热采稠油数值研究[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
4 罗建新;张烈辉;赵玉龙;刘启国;;线性复合油气藏试井解释模型及典型曲线分析[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
5 杨锋;王新海;刘洪;;井钻遇溶洞油藏试井解释方法[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
6 刘华林;熊伟;高树生;;矩形五点井网稳定注采压力系统的建立[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
7 李道伦;杨景海;查文舒;;数值试井若干关键技术研究[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
8 邵九姑;许友生;;Forchheimer型非达西渗流系统的数值模拟[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
9 薛胜雄;浩军;毅斌;陈正文;永强;华清;于雷;;超高压水射流除锈机理试验研究[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
10 宋常;冯新;周晶;;高混凝土重力坝在强震作用下损伤破坏的数值模拟[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2011年)[C];2011年
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1 黄西成;内爆与外爆加载下壳体的力学状态及破坏模式分析[D];中国工程物理研究院;2010年
2 杨敬源;井壁稳定性若干力学问题的研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 赵扬锋;煤岩变形破裂电荷感应规律的研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
4 衣正尧;用于搭载船舶除锈清洗器的爬壁机器人研究[D];大连海事大学;2010年
5 王兴如;基于超高压纯水射流的船壁除锈除漆关键技术与爬壁试验研究[D];大连海事大学;2010年
6 齐云阶;水平井采油举升方法及其应用研究[D];中国地质大学(北京);2010年
7 甄晓霞;大跨径钢桥桥面铺装体系力学行为研究[D];华南理工大学;2010年
8 张华;冲击荷载作用下岩石动态损伤特性研究[D];昆明理工大学;2009年
9 杨溢;爆破荷载对蠕动边坡的累积效应及稳定性影响研究[D];昆明理工大学;2010年
10 张彬;高压旋喷气液同轴喷嘴射流流场理论与试验研究[D];中国地质大学(北京);2011年
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1 刘炎昊;高煤级煤储层条件下的气体运移机理[D];河南理工大学;2010年
2 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
3 桑培淼;注水强化松软煤壁稳定性的规律及工艺参数研究[D];河南理工大学;2010年
4 赵大为;空间热循环和辐照环境对LF6铝合金焊接组织及性能的影响[D];河南理工大学;2010年
5 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
6 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
7 张彦奇;超细水泥渗透特性微观试验研究及理论分析[D];山东科技大学;2010年
8 胡艳卉;矿井地下水流场数值模拟及其应用研究[D];山东科技大学;2010年
9 李成成;综放开采断层应力分布特征与冲击危险评价研究[D];山东科技大学;2010年
10 陈丽刚;基于ABAQUS渗流与应力耦合作用的边坡稳定性分析[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
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1 黄振宇,徐文灿;湍流射流的数值模拟[J];北京理工大学学报;1999年06期
2 王萍辉;空化射流在管道清洗中的应用[J];电力科学与工程;2002年04期
3 陈庆光,徐忠,张永建;轴对称湍流冲击射流场的数值预测[J];动力工程;2002年06期
4 吕华;海洋开发与管理的探讨[J];地质科技管理;1999年01期
5 张凤华,廖振方,唐川林,杨林;空化水射流的化学效应[J];重庆大学学报(自然科学版);2004年01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 葛强;李晓红;卢义玉;康勇;;空化射流处理有机废水的机理[J];重庆大学学报(自然科学版);2007年05期
8 向文英;李晓红;卢义玉;;淹没磨料射流的空蚀能力分析[J];重庆大学学报;2009年03期
9 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
10 张永利,张彦路,李成全;水射流切割理论研究进展[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);1999年05期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 邱长军;钴结壳和基岩的特性与模拟研究[D];中南大学;2002年
2 廖勇;高围压下磨料水射流切割的模糊建模和实验研究[D];重庆大学;2004年
3 徐依吉;超高压水射流理论与应用基础研究[D];西南石油学院;2004年
4 常宗旭;水射流非均质破岩理论及其应用[D];太原理工大学;2006年
5 朱洪涛;精密磨料水射流加工硬脆材料冲蚀机理及抛光技术研究[D];山东大学;2007年
6 马利;无网格法及液体射流高速碰撞与侵彻模拟[D];浙江大学;2007年
7 夏毅敏;深海钴结壳螺旋切削采集过程仿真和螺旋采集头工作参数优化研究[D];中南大学;2006年
8 梁运培;高压水射流钻孔破煤机理研究[D];山东科技大学;2007年
9 胡鹤鸣;旋转水射流喷嘴内部流动及冲击压强特性研究[D];清华大学;2008年
10 徐良;硬岩钻进用仿生耦合金刚石取心钻头研究[D];吉林大学;2009年
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1 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
2 田永常;BP网络法在钻头配方设计中的应用研究[D];中国地质大学;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 方慧;液体喷射抛光技术[D];苏州大学;2004年
5 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
6 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
7 丁圣银;高压磨料水射流切割喷嘴流场分析及结构参数优化研究[D];江苏大学;2006年
8 田艳丽;旋转射流搅拌全流场数值模拟及喷嘴结构优化[D];浙江大学;2008年
9 王力;南桐矿区瓦斯抽放孔快速钻进钻头的研究[D];西安科技大学;2008年
10 刘艳玲;含中心体喷嘴非淹没空化射流调制研究[D];中国石油大学;2009年
【二级引证文献】
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1 黄中华;谢雅;;钴结壳水射流切削系统参数设计[J];机械设计;2012年07期
2 林柏泉;邹全乐;沈春明;徐幼平;代华明;杨威;;双动力协同钻进高效卸压特性研究及应用[J];煤炭学报;2013年06期
3 张阳;孙四清;张俭;陈冬冬;;水射流割缝增透技术研究进展[J];煤矿机械;2014年05期
4 卢义玉;黄飞;王景环;刘小川;;超高压水射流破岩过程中的应力波效应分析[J];中国矿业大学学报;2013年04期
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1 卢元申;倾转旋翼机减速器润滑系统性能研究与仿真平台开发[D];中南大学;2010年
2 张振华;深海钴结壳采集头截齿破碎性能及截齿布置优化研究[D];中南大学;2012年
3 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
【二级参考文献】
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1 刘东燕,朱可善,胡本雄;含裂隙岩石受压破坏的声发射特性研究[J];地下空间;1998年04期
2 吴紫汪,蒲毅彬,马巍,常小晓;冻土蠕变过程体积变化的CT分析[J];冰川冻土;1995年S1期
3 蒲毅彬,吴紫汪,马巍,常小晓,廖全荣;冻土CT实验的数学方程[J];冰川冻土;1995年S1期
4 赖远明,吴紫汪,朱元林,廖全荣;大坂山隧道围岩冻融损伤的CT分析[J];冰川冻土;2000年03期
5 吴紫汪,马巍,蒲毅彬,常小晓;冻土单轴蠕变过程中结构变化的CT动态监测[J];冰川冻土;1996年04期
6 马巍,吴紫汪,蒲毅彬,常小晓;冻土三轴蠕变过程中结构变化的CT动态监测[J];冰川冻土;1997年01期
7 蒲毅彬,吴紫旺,常小晓,廖全荣;CT在岩土实验中的数值分析[J];CT理论与应用研究;1994年03期
8 黄明利,唐春安,朱万成;岩石单轴压缩下破坏失稳过程SEM即时研究[J];东北大学学报;1999年04期
9 陈四利,冯夏庭,周辉;化学腐蚀下砂岩三轴压缩力学效应的试验[J];东北大学学报;2003年03期
10 宋拥政,温效康,梁志强;高压水磨料射流切割的力学特性与模型[J];锻压机械;1995年03期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 于亚伦;蒋德全;;高应变率作用下岩石的微观损伤特征[A];第四届全国岩石动力学学术会议论文选集[C];1994年
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1 陈蕴生;单轴压缩条件下非贯通裂隙介质损伤演化特征的试验研究[D];西安理工大学;2002年
2 张全胜;冻融条件下岩石细观损伤力学特性研究初探[D];西安科技大学;2003年
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1 王惠敏;孙三祥;;水力空化中雷诺数与空化数关系的研究[J];环境工程;2008年06期
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5 张艾萍;谢立强;徐志明;;超声空化对换热器场协同影响研究[J];化工机械;2011年05期
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9 张健东;孙三祥;乔慧琼;;水力空化技术的研究及其应用[J];环境科学与管理;2007年05期
10 刘英平;张宁宁;;水力空化数值模拟[J];今日科苑;2009年10期
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2 王晓松;孙双科;夏庆福;柳海涛;;国外泄水建筑物掺气减蚀研究[A];第三届全国水力学与水利信息学大会论文集[C];2007年
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4 贾志富;;水力空化发生器和液体动力超声换能器[A];中国声学学会功率超声分会2007年学术年会论文集[C];2007年
5 褚学森;颜开;张明辉;陈九锡;;淹没式射流减压水洞方案探讨[A];第九届全国水动力学学术会议暨第二十二届全国水动力学研讨会论文集[C];2009年
6 金大桥;王聪;魏英杰;赵静;邹振祝;;圆柱体带空泡轴向绕流研究[A];第18届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ册[C];2009年
7 马琳;祁江涛;俞圣杰;;水下高速航行体空泡外形的近似计算[A];第九届全国水动力学学术会议暨第二十二届全国水动力学研讨会论文集[C];2009年
8 陈鑫;陈瑛;鲁传敬;胡世良;程闻;;浅水中绕二维楔自然空泡流的边壁效应研究[A];第二十三届全国水动力学研讨会暨第十届全国水动力学学术会议文集[C];2011年
9 易灿;李根生;张定国;;围压下喷嘴空化起始能力的实验研究[A];第十八届全国水动力学研讨会文集[C];2004年
10 王心海;胡亚安;吴建华;;船闸输水反弧门后突扩廊道体型的空化特性研究综述[A];第三届全国水力学与水利信息学大会论文集[C];2007年
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1 韩伟;空化区掺气泡与空泡相互作用及紊动空化特性的试验研究和数值模拟[D];浙江工业大学;2013年
2 贾力平;空化器诱导超空泡特性的数值仿真与试验研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
3 夏勇;导流洞改建泄洪洞衔接段水力特性研究[D];四川大学;2006年
4 杨洪澜;非定常超空泡绕流研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
5 龚博致;空泡流现象的非平衡分子动力学模拟和机理研究[D];浙江大学;2008年
6 赵伟国;水翼云空化及其控制机理研究[D];浙江大学;2012年
7 杜学文;液压阀口空化机理及对系统的影响[D];浙江大学;2008年
8 向文英;淹没射流中磨料与空泡的相互关系研究[D];重庆大学;2007年
9 李永健;空蚀发生过程中表面形貌作用机理研究[D];清华大学;2009年
10 康灿;错列叶栅内部水动力学特性与汽液两相流动的研究[D];江苏大学;2007年
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1 陈圻圻;三角形孔口多孔板水力空化发生器的数值模拟与实验研究[D];浙江工业大学;2012年
2 杨永刚;方形孔口多孔板水力空化反应器的试验研究与数值模拟[D];浙江工业大学;2012年
3 王永广;水力空化水处理设备结构设计[D];天津理工大学;2013年
4 朱荣荣;水下高速运动体超空泡及可靠性研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
5 邓洁;多孔板水力空化装置及其强化效应的实验研究[D];湖南大学;2008年
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10 王天明;基于面元法的水下弹丸流体动力特性数值分析[D];南京理工大学;2007年
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