CO2聚能剂燃烧与冲压实验研究

为进一步地揭示CO₂相变膨胀的热力学机理,通过CO₂爆燃冲压实验,对起爆温度、CO₂与CO₂聚能剂(一种高能复合材料)质量比对CO₂爆燃冲压过程、CO₂聚能混相流体燃烧速率、燃烧热和峰值压强的影响规律进行了研究。最终得到了不同工况下实验组的压强时程。结果表明：爆燃筒内反应能否发生对CO₂密度和起爆温度有一定的要求;在实验研究范围内,CO₂密度、CO₂与CO₂聚能剂质量比、起始温度与爆燃实验的化学反应速率、压强增长速率呈正相关。     

高温高压CO2反应流动相变致裂机理

利用自主研制的气动力脉冲真三轴试验系统,开展了超临界CO₂热冲击致裂高强度混凝土块体试验,探究了热源功率、CO₂初始压力对热冲击破岩过程及裂隙损伤演化规律的影响,分析讨论了高温高压CO₂相变致裂过程及其裂纹扩展演化规律.充分考虑含能材料反应放热、CO₂相态变化、传热传质、瞬态非线性流动以及高压气体驱动损伤演化过程,建立了高温高压CO₂热冲击破岩的热-流-固-损伤(THMD)多场耦合模型,进一步分析了CO₂温度场、压力场以及损伤演化规律,揭示了高温高压CO₂反应流动相变致裂机理.研究结果表明：超临界CO₂热冲击致裂过程主要包括：高压气体瞬态释放产生应力波诱导型径向裂缝;相变膨胀的高温高压CO₂驱动径向优势裂缝扩展,并产生分支裂缝.其中气动力脉冲峰值压力和瞬时加载速率的增加有助于产生更多的径向裂缝,而CO₂初始压力和聚能剂含量的提高会使分支裂缝更容易形成.此外所建立模型的模...     

应力波在各向异性介质中传播及损伤数值模拟

基于COMSOL的相场损伤对应力波在各向异性岩层中的传播和所造成的损伤进行数值模拟研究，使用无限元边界来避免固定边界下应力波反射造成的影响，通过对爆破孔孔间距以及孔心连线的转角进行参数化扫描以研究二者对应力波传播和损伤演化的影响。最终得到应力波传播和损伤演化云图，以及应力时程曲线和破坏区面积(损伤>0.9)变化曲线并得到以下结论：应力波在弹性模量更小的方向应力幅值较高；轴线转角减小会延迟中心处应力波第一个波峰的时间，且峰值应力减小；孔间距减小会导致更大的峰值应力和更明显的叠加效应，但会导致破碎区面积的减小。     

超临界水热冲击致裂技术研究初探

为了应对复杂敏感环境硬岩破除难的问题，文中提出一种超临界水热冲击致裂技术，以液态水为基液，利用自主研制的本安型聚能剂在水中放热，使液态水吸热转变为超临界态，迅速发生体积膨胀，是一种新型高能流体冲击致裂技术。通过试验验证超临界水热冲击致裂方法的可行性，并通过改变聚能剂配比、聚能剂和水质量比、在水中加入添加剂的方式，探究超临界水热冲击致裂效果及影响因素。研究表明，超临界水热冲击致裂效果与聚能剂剂量、水的成分、用量等有很强的相关性；在水中加入添加剂后，致裂效果得到明显改善，且加入白醋的致裂效果优于加入小苏打。该技术的研发对矿山开采、煤层增透等领域的岩石破碎方案具有重要指导意义和应用前景。