高压脉冲水射流冲击下受载煤岩的损伤破坏特征及影响因素OA北大核心

为揭示高压脉冲水射流喷嘴内外速度的演化规律及高压脉冲水射流冲击下受载煤岩的冲击破坏特征,基于SPH-FEM(smoothed particle hydrodynamics-finite element method)耦合算法,采用具有正弦函数特性的速度挤压管道内柱塞以实现水射流速度的周期性变化,获得了水射流速度在喷嘴内外的演化规律,对比分析了脉冲射流冲击下受载和非受载煤岩破坏特征的时序特性,揭示了平均速度、脉冲幅值及脉冲频率等关键参数对煤岩损伤破坏特征的影响规律。结果表明:水粒子在喷嘴内外的速度演化过程依次经历了管路中的静止阶段和瞬态突增的低速阶段、喷嘴收敛段的加速阶段、出口直线段的微加速阶段、出喷嘴后的正弦脉冲变速阶段4个阶段。无应力和二维应力加载工况下,煤岩的破碎坑分别呈畸形化发展和碗状向U形演变。二维应力加载工况下,煤岩内部裂纹的衍生及传播受到抑制,煤岩破碎效率降低,脉冲射流的破碎效率高于连续射流的破碎效率。随着柱塞平均速度、脉冲幅值的增大,受载煤岩的破碎深度和破碎面积均呈指数增大。随着脉冲频率的增加,受载煤岩的破碎深度和破碎面积均呈先增大后减小的变化趋势。存在破碎煤岩效果最优的脉冲频率。研究成果可为高压脉冲水射流破碎受载煤岩的效率提升和工艺参数优化等提供理论指导。