21012.淹沒條件下水射流破巖效率數值模擬

1、淹沒條件下水射流破巖效率數值模擬重慶大學碩士學位論文(學術學位)學生姓名：張宏指導教師：司鵲教授專業(yè)：安全技術及工程學科門類：工學重慶大學資源及環(huán)境科學學院二O一二年五月重慶人學碩十學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)境的復雜多變使得當人們對煤、石油、金屬結核礦物等礦產資源進行開采時，運用傳統(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是

2、一件迫在眉睫的任務。由于水射流開采技術具有無污染、無熱反應區(qū)、反作用小、鉆孔效率高等優(yōu)點，如今己被應用到海洋工程。目前淹沒水射流的破巖機理尚不清晰，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巖石內部應力應變及其他相關信息，因此深入研究淹沒水射流的破巖效率及機理顯得尤為重要。本文采取數值模擬與理論分析相結合的方法研究水射流參數對破巖效率的影響及巖石在水射流沖擊下其內部結構的變形狀況，得到了以下有益的結果：

3、(1)運用非線性動力有限元法，采用罰函數耦合方式實現射流與巖石的耦合，從而建立了淹沒條件水射流破巖的數值計算模型。(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。當射流速度大于500m／s時，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，從最佳經濟效益考慮，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。同時模擬得出不同靶距下的最低破巖速度，當達到最低破巖速度后，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，最大塑性應變區(qū)域出現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變隨著射流速度及直徑的