Der Einfluss der Pulsfrequenz auf das Energieentwicklungs gesetz und die Gesteinszerbruchwirkung von gepulstem abrasivem Wasserstrahl

Im Vergleich zu kontinuierlichem abrasivem Jet und Hochdruckwasserstrahl kann der gepulste abrasive Wasserstrahl intermittierend hohen Wasserhammerdruck erzeugen und wird häufig in Anwendungen wie dem Kohlebergbau und der Erdöltechnik zu Gesteinszerbruchzwecken eingesetzt. Die Pulsfrequenz ist einer der Schlüsselfaktoren, die die Entwicklung der abrasiven Beschleunigung und die Jet-Schlagenergie beeinflussen, wodurch die Energieübertragungseffizienz und die Schneidfähigkeit des Systems beeinflusst werden. Die Bewegungsgleichung für die abrasive Beschleunigung wird auf der Grundlage der Zweiphasenströmungstheorie aufgestellt, und das Variationsgesetz der abrasiven Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Pulsfrequenz wird gelöst. Fluent-EDEM (Extended Discrete Element Method) wurde verwendet, um das Strömungsfeld des abrasiven Wasserstrahls und den abrasiven Beschleunigungsprozess unter verschiedenen Pulsfrequenzbedingungen zu simulieren und der intrinsische Einflussmechanismus der Pulsfrequenz auf die Schlagenergie wurde aufgeklärt. In Kombination mit Gesteinszerbruchexperimenten unter Verwendung gepulster abrasiver Wasserstrahlen werden folgende Schlussfolgerungen gezogen: Mit steigender Pulsfrequenz macht die Trägheit des abrasiven Materials es ihm unmöglich, rechtzeitig auf die hohe Pulsationsfrequenz des Wassers zu reagieren, was zu einer Verringerung der Austauschrate intermittierender Energie und einem schrittweisen Rückgang der maximalen Geschwindigkeit des abrasiven Materials führt. Dieser Trend ist bei einer höheren Pulsfrequenz ausgeprägter. Innerhalb desselben Zeitraums nimmt die kumulierte Schlagenergie des gepulsten abrasiven Wasserstrahls zunächst ab und steigt dann mit der Erhöhung der Pulsfrequenz an, was auf die Existenz einer optimalen Schlagfrequenz hinweist, die die kumulierte Schlagenergie des gepulsten abrasiven Wasserstrahls maximiert. Unter festen Düsendruckbedingungen und derselben Erosionszeit zeigt der gepulste abrasive Wasserstrahl mit einer Frequenz von 30 Hz die beste Gesteinszerbruchfähigkeit.