高压电脉冲破碎岩石影响因素数值分析

为探究岩石孔隙在岩石内部不同形态对高压脉冲破岩的影响,采用comsol软件建立仿真模型,对孔隙的进行仿真,以最大电场强度的变化为基准,分析孔隙不同条件下对破岩的作用,总结出孔隙大小,孔隙集散程度,孔隙形状与孔隙杂质对岩石破裂的影响规律,探究孔隙对电脉冲破岩多方面的影响作用。研究结果表明:孔隙的存在对岩石会产生一定影响,孔隙孔径越大、孔隙集散程度越高,岩石更容易被击穿;不同形状孔隙与电场法线方向的接触面积越大,在电场线方向对电场的畸变范围越大;孔隙杂质相对介电常数与岩石自身介电常数相差越大,岩石的击穿效率越高。

脉冲放电破岩等离子体通道长度预测方法

针对高压脉冲放电破岩电弧等离子体通道长度难以预测的问题,构建了高压脉冲放电破岩综合试验平台,测量了花岗岩-自来水组合介质下电弧等离子体通道发展特性及典型电流、电压参数,提取了不同电极间距和脉冲放电次数下岩石表面形成的破碎区域。基于能量平衡方程建立了岩石中电弧等离子体通道的阻抗模型,采用迭代优化算法获取阻抗模型参数的近似最优解,模型计算结果与试验结果的相对误差小于7%。基于优化参数,利用实测电流电压数据预测了等离子体通道的长度。模型预测的等离子体通道长度与实测值的绝对误差均处于毫米量级,且两者的相对误差小于10%,为高压脉冲放电破岩系统电源-电极负载的匹配设计提供了理论支撑。

基于Selfrag高压电脉冲放电破岩试验的仿真模拟

高压电脉冲破岩在高温等离子弧的作用下,产生的热应力超过岩石的强度极限时就会使岩石破碎,其破碎坚硬岩石有显著效果。为研究电压、岩石矿物成分、孔隙率3个参数对岩石内电场强度分布的影响,本文基于Selfrag高压电脉冲破岩的试验数据,利用COMSOL Multiphysics仿真软件建立了一种针针电极结构仿真模型。结果表明,施加的电压不同,岩石内部电场强度分布不同;电场在不同矿物成分边界发生畸变,不同矿物成分相对介电常数变化越大,产生畸变越明显,高压电脉冲破碎优先发生在不同矿物成分的接触面;岩石内孔隙的存在,使其周围的电场发生了畸变,其他参数一定,孔隙率越大,岩石越容易被电击穿。研究结论可为高压电脉冲钻井破岩参数的选取提供参考。