21012.淹沒條件下水射流破巖效率數(shù)值模擬

1、淹沒條件下水射流破巖效率數(shù)值模擬重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文(學(xué)術(shù)學(xué)位)學(xué)生姓名：張宏指導(dǎo)教師：司鵲教授專業(yè)：安全技術(shù)及工程學(xué)科門類：工學(xué)重慶大學(xué)資源及環(huán)境科學(xué)學(xué)院二O一二年五月重慶人學(xué)碩十學(xué)位論文中文摘要摘要隨著陸地資源的枯竭，人們把對能源需求的目光投向了海底。由于海底壓力的變化、工作環(huán)境的復(fù)雜多變使得當(dāng)人們對煤、石油、金屬結(jié)核礦物等礦產(chǎn)資源進(jìn)行開采時(shí)，運(yùn)用傳統(tǒng)的丌采方法具有很大的局限性。因此，研究一種安全、高效率、無污染的海底能源開采技術(shù)是

2、一件迫在眉睫的任務(wù)。由于水射流開采技術(shù)具有無污染、無熱反應(yīng)區(qū)、反作用小、鉆孔效率高等優(yōu)點(diǎn)，如今己被應(yīng)用到海洋工程。目前淹沒水射流的破巖機(jī)理尚不清晰，且影響因素眾多，加上巖石材料的透明性差，人們很難觀察和捕捉到水射流沖擊巖石時(shí)巖石內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變及其他相關(guān)信息，因此深入研究淹沒水射流的破巖效率及機(jī)理顯得尤為重要。本文采取數(shù)值模擬與理論分析相結(jié)合的方法研究水射流參數(shù)對破巖效率的影響及巖石在水射流沖擊下其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變形狀況，得到了以下有益的結(jié)果：

3、(1)運(yùn)用非線性動(dòng)力有限元法，采用罰函數(shù)耦合方式實(shí)現(xiàn)射流與巖石的耦合，從而建立了淹沒條件水射流破巖的數(shù)值計(jì)算模型。(2)隨著射流速度的增加，沖蝕深度隨之迅速增加，但對沖蝕孔徑影響較小。當(dāng)射流速度大于500m／s時(shí)，沖蝕深度不再隨射流速度增加而顯著增加，而是逐漸趨于穩(wěn)定。因此，從最佳經(jīng)濟(jì)效益考慮，500111／s的破巖速度最佳。(3)隨著靶距的增大，巖石的沖蝕深度迅速減小，但沖蝕孔徑有一定程度增大，在沖蝕深度與沖蝕孔徑的變化上均未出現(xiàn)最優(yōu)

4、靶距，但沖蝕體積存在最優(yōu)靶距，最優(yōu)靶距為5mm。同時(shí)模擬得出不同靶距下的最低破巖速度，當(dāng)達(dá)到最低破巖速度后，隨著射流速度的增加，沖蝕深度的增加分為2個(gè)階段。(4)隨著射流直徑的增加，巖石的沖蝕深度幾乎不變，但沖蝕孔徑迅速增大，增大趨勢呈線性增長。且射流直徑對沖蝕孔徑的影響大于靶距的影響。(5)在水射流與巖石剛接觸的瞬間，最大塑性應(yīng)變區(qū)域出現(xiàn)在水射流與巖石接觸部位的邊緣處，該區(qū)域最先發(fā)生破壞。巖石沿軸向及徑向的塑性應(yīng)變隨著射流速度及直徑的