基于颗粒流模型的微波辅助破岩过程数值模拟

简介：
本研究运用颗粒流模型结合微波技术，对岩石破碎过程进行数值仿真分析，探索微波辅助下的岩石力学特性变化及破岩效率。 微波辅助破岩是一种新型的岩石破碎技术。该方法利用微波加热预先在岩石内部产生的微裂纹，并结合其他破岩手段来提高工作效率。研究选取了方铅矿（吸波材料）和方解石（透波材料）组成的颗粒作为实验对象，通过颗粒流程序建立了细观数值模型，对不同条件下岩石的温度分布、演化及微观力学行为进行了模拟分析。 研究表明，在微波照射下，方铅矿的温度明显高于方解石，并且整个岩石内部呈现非均匀温差状态。此外，即使在较低温度和短时间内，微波也能促使岩石产生裂纹。这些裂纹主要是由于方铅矿热膨胀引起的拉伸应力导致的，仅有极少数为剪切裂缝。 研究还发现，在相同的能量消耗条件下，更高的微波功率可以缩短所需照射时间，并且会形成更多的内部温差及裂纹数量，从而提高破岩效率。此外，岩石中不同矿物分布决定了其内部微观裂纹形态：通常情况下首先在方铅矿周围产生微小裂缝，随后向周围的方解石扩展并相互连通最终导致整个岩石破裂。