مدل‌سازی عددی برش سنگ با جت آب ساینده به منظور تعیین محدوده بهینه پارامترهای موثر بر عمق و حجم برش

در این تحقیق به منظور افزایش راندمان و بهبود کیفیت برش سنگ‌ها توسط جت آب ساینده، محدوده بهینه پارامتر‌های موثر بر برش از طریق مدل‌سازی جریان پر سرعت دوفازی (آب و ساینده) بررسی شده است. فرآیند برش سنگ توسط جت آب ذره‌ای به روش اجزاء محدود- هیدرودینامیک ذرات روان شبیه‌سازی شده است. برای این منظور اثر پارامتر‌های سرعت، ‌زمان توقف، تغییر غلظت حجمی و تغییر قطر ذرات ساینده بر روی عمق و حجم برش سنگ‌های‌ سیلت‌استون و شیل بررسی شده است. نتایج مدل‌سازی عددی نشان می‌دهد که با افزایش سرعت، مقدار عمق و حجم برش سنگ افزایش می‌یابد. همچنین با افزایش زمان توقف، انرژی مصرفی جت آب برای برش سنگ بیشتر می‌شود که منجر به افزایش عمق و حجم برش خواهد شد. با افزایش غلظت حجمی ذرات ساینده تا 3 درصد، عمق و حجم برش با شیب ملایم افزایش یافته و بعد از آن بهبود چشم‌گیری در افزایش عمق و حجم برش مشاهده نمی‌شود. با افزایش قطر ذرات ساینده تا 1/25 میلی‌متر برای سیلت‌استون و 1 میلی‌متر برای شیل عمق و حجم برش زیاد شده و بعد از آن عمق و حجم برش ثابت مانده و یا کاهش می‌یابد.

numerical modeling of rock cutting with abrasive waterjet to determine the optimal parameters affecting cutting depth and volume

in this research, the optimal parameters have been investigated with the aim of increasing the efficiency and improving the quality of rock cutting using an abrasive water jet (awj) through the modeling of high-velocity two-phase flow (water and abrasive). the rock-cutting process by awj has been simulated using the combined finite element method-smoothed particle hydrodynamics in ls-dyna software. for this purpose, the effect of parameters of jet velocity, dwell time, changes in volumetric concentration, and changes in the diameter of abrasive particles on the cutting depth and cutting volume of siltstone and shale rock specimens have been investigated. numerical modeling results showed that with increasing velocity, the cutting depth and cutting volume increased. as the dwell time increases, the energy used by the awj to cut the rock increases, which would lead to an increase in the depth and volume of the cut. by increasing the volumetric concentration of abrasive particles up to 3%, the depth and volume of the cut increased with a gentle slope, and after that, no significant improvement was observed. also, by increasing the diameter of the abrasive particles up to 1.25 mm for siltstone and 1 mm for shale, the depth and volume of the cut increased at first, and after that, they remained constant or decreased.