【摘要】：隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展,能源的需求量不斷上升,然而傳統(tǒng)能源儲量正在逐漸減小,因此新型能源的開采與利用具有重大的研究意義,在此背景下,具有儲備量大、熱值高等優(yōu)點的新型清潔能源天然氣水合物已經(jīng)稱為當(dāng)下研究熱點。本文根據(jù)海洋天然氣水合物的儲層特點,提出采用高壓水射流技術(shù)破碎含水合物沉積物,并采用反循環(huán)鉆采技術(shù)運輸水合物的新型開采方式。評價此項技術(shù)開采效率的主要指標(biāo)為含水合物沉積物在高壓水射流作用下的沖蝕效果,為此本文首先通過理論分析研究了噴射靶距及射流速度不同時水錘壓力的計算公式以及含水合物沉積物本構(gòu)模型,再運用數(shù)值模擬的方式,采用顯示動力分析有限元程序LS-DYNA結(jié)合ALE算法對淹沒射流條件下水射流破碎含水合物沉積物過程進行數(shù)值模擬研究,運用正交模擬試驗與單因素分析相結(jié)合的方式將射流速度、入射角度、噴嘴直徑和噴距四項因素對沉積物破碎效果影響規(guī)律及其原理進行了分析,最后通過室內(nèi)試驗對模擬得出結(jié)論的準確性進行驗證,取得主要結(jié)論有:(1)將應(yīng)力波理論和淹沒射流結(jié)構(gòu)特征方程結(jié)合推導(dǎo)出淹沒射流條件下水錘壓力的計算公式,并利用Lemaitre連續(xù)損傷等效應(yīng)變假設(shè)與H-J-C模型的損傷因子推導(dǎo)出淹沒射流條件下考慮到損傷的天然氣水合物沉積物本構(gòu)模型。(2)采用正交數(shù)值模擬方式得出不同射流因素對沖蝕體積敏感性大小順序為射流速度噴嘴直徑噴距入射角度,其最優(yōu)參數(shù)組合為_3 _2 _3 _1;不同射流參數(shù)對沖蝕深度敏感性大小依次為:射流速度噴距入射角度噴嘴直徑,其最優(yōu)參數(shù)組合為_3 _1 _3 _1。(3)沉積物開始產(chǎn)生破碎的前提為射流速度大于臨界流速,臨界流速數(shù)值會隨噴射靶距的減小而將低。當(dāng)其他因素一定時,沖蝕體積和沖蝕深度會隨射流速度的增加而線性遞增。(4)沉積物沖蝕體積隨入射角度的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,入射角度為10°時沉積物的沖蝕體積將達到最大值,而沖蝕深度在水射流垂直入射的情況下達到最大值,在此之后隨著入射角度的增加而減小。(5)噴嘴直徑的增加會使沖蝕體積逐漸增大,而由于阻礙沖蝕坑繼續(xù)發(fā)展的水墊效應(yīng),在本文所建立的模型中沖蝕深度在噴嘴直徑增加至2.1mm時達到最大,隨后會基本保持穩(wěn)定或略有減小,當(dāng)噴嘴直徑小于2.1mm時軸向沖蝕體積占主導(dǎo)地位;當(dāng)噴嘴直徑大于2.1mm后徑向沖蝕體積占主導(dǎo)地位。(6)隨著噴射靶距的逐漸增大,沖蝕體積與沖蝕深度均逐漸降低,噴射靶距從0.2cm增加至0.4cm的過程中沖蝕體積會存在斷崖式下降的現(xiàn)象,在此之后沖蝕體積下降速度比較緩慢。這是由于噴射靶距越長水射流從噴嘴流出直至接觸到沉積物表面過程中路徑越遠,能量損失越多,沉積物的破碎效果越差。(7)通過室內(nèi)試驗測量四氫呋喃水合物沉積物的臨界流速為21.04m/s,相同參數(shù)條件下數(shù)值模擬所得沉積物模型臨界流速為24.01 m/s,二者數(shù)值比較接近,因此認為數(shù)值模擬所得各因素對沉積物破碎效果的影響規(guī)律接近實際情況。
【圖文】：

圖 1.1 我國能源生產(chǎn)與消費統(tǒng)計圖由圖 1.2 可知，我國目前主要的能源來源是煤炭，，可以占到全部能%~70%,但近十年來煤炭的消費比重一直呈現(xiàn)穩(wěn)定減小的趨勢，已經(jīng)從 200 71.5%縮小到 2017 年的 60.4%，同時相比于其他能源每年煤炭的生產(chǎn)比于最高。十年內(nèi)原油的消費比重從 16.7%到 18.8%持續(xù)增高，但我國原油較低且生產(chǎn)比重處于持續(xù)下滑的狀態(tài)，供應(yīng)十分依賴進口，據(jù)統(tǒng)計我國原

圖 1.1 我國能源生產(chǎn)與消費統(tǒng)計圖由圖 1.2 可知，我國目前主要的能源來源是煤炭，可以占到全部能%~70%,但近十年來煤炭的消費比重一直呈現(xiàn)穩(wěn)定減小的趨勢，已經(jīng)從 200 71.5%縮小到 2017 年的 60.4%，同時相比于其他能源每年煤炭的生產(chǎn)比于最高。十年內(nèi)原油的消費比重從 16.7%到 18.8%持續(xù)增高，但我國原油較低且生產(chǎn)比重處于持續(xù)下滑的狀態(tài)，供應(yīng)十分依賴進口，據(jù)統(tǒng)計我國原
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TE53

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