自激振荡脉冲射流破岩效率数值模拟

摘要

基于任意拉格朗日-欧拉流固耦合罚函数算法,建立自激振荡脉冲射流破碎岩石的数值计算模型。对比相同工况下的数值模拟结果与实验结果进行模型验证。根据自激振荡脉冲射流的自身运动规律对其破岩过程进行数值模拟,结合岩石岩性分析脉冲振幅和脉冲频率对破岩效率的影响。结果表明:随着脉冲振幅的增大,冲蚀深度先后经历线性快速增长和平缓增长阶段,破岩效率显著提高;岩石的岩性会影响冲蚀深度的增长速率;随着脉冲频率的增大,冲蚀深度表现出先增大后减小最后趋于稳定的变化趋势;自激振荡脉冲射流破岩存在一个最优脉冲频率,该频率下破岩效率显著提高,且不同岩石具备不同的最优脉冲频率。数值模拟方法较好地还原了自激振荡脉冲射流破岩的物理过程,为自激振荡脉冲射流在地下工程领域的应用有一定指导意义。

关键词