Využití deterministických fázových změn v horninových materiálech pro jejich selektivní narušování kapalinovými paprsky.

Vladan Geryk

Doctoral thesis

Utilization of Deterministic Phase Changes in Rock Materials for their Selective Disintegration by Liquid Jets

Abstract:

Disertační práce je zaměřena na posouzení, zda je možné přispívat k degradaci materiálů horninového typu prostřednictvím fázových změn. Tyto změny by se měly projevit při vytváření a aplikacích abrazivních vodních paprsků. Dále jsem se zaměřil na výzkum některých netradičních metod iniciace fázových změn, což je aplikace vysokofrekvenčního elektromagnetického pole o vysoké hustotě energie produkovaného Teslovými transformátory a zařízeními, která je využívají. Využil jsem možností, které poskytuje můj současný zaměstnavatel, a aplikoval jsem kromě obvyklých zdrojů také vysokoenergetický impulz elektromagnetického záření, který simuluje vznik elektromagnetického pulzu při jaderném výbuchu, abych zjistil možnost získání poruch v materiálu horninového typu, které by mohly být způsobeny vnitřními fázovými změnami. Výsledky ukazují, že tento impuls způsobuje v testovaných vzorcích určité poruchy. Nicméně tyto poruchy jsou méně významné ve srovnání s těmi, které vznikají vysokoteplotním ohřevem nebo cyklickými změnami teplot, a to zejména na horninových materiálech (žula). Jiné materiály horninového typu, beton nebo šamotová keramika, se mohou chovat více či méně odlišným způsobem z důvodu vyšší nehomogenity.

Abstract:

The doctoral thesis is focused on assessing whether it is possible to contribute to degradation of the rock-type materials through the phase changes. These changes should be reflected during the creation and applications of abrasive water jets. I also focused on researching some non-traditional methods of initiating phase changes, which is the application of a high-frequency electromagnetic field of high energy density produced by Tesla coils and devices that use them. I took advantage of the possibilities provided by my current employer and applied, in addition to the usual sources, a high-energy impulse of electromagnetic radiation, which simulates the creation of an electromagnetic pulse during a nuclear explosion, to find out the possibility of obtaining faults in a rock-type material that could be caused by internal phase changes. The results show that this impulse causes certain disturbances in the tested samples. However, these disturbances are less significant compared to those caused by high-temperature heating or cyclic temperature changes, especially on rock materials (granite). Other rock-type materials, concrete or fireclay ceramics, can behave in a more or less different way due to their higher non-homogeneity.

Keywords

Fáze hmoty, fázová transformace, chemická a fyzikální rovnováha, křehkost, termodynamické potenciály, entalpie, směšování kapaliny s abrazivními částicemi, abrazivní vodní paprsek (AWJ), elektromagnetické pole, cyklický ohřev, nukleární elektromagnetický impulz (NEMP), Teslův transformátor (TC), rezonanční obvod, ZVS (Zero Voltage Switch), plazma.

Keywords

Phases of matter, phase transformation, chemical and physical equilibrium, fragility, thermodynamic potentials, enthalpy, mixing liquid with abrasive particles, abrasive water jet (AWJ), electromagnetic field, cyclic heating, nuclear electromagnetic pulse (NEMP), Tesla transformer (TC), resonant circuit, ZVS (Zero Voltage Switch), plasma.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 1. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 21. 5. 2024
• Supervisor: Libor Hlaváč
• Reader: Tibor Krenický, Lenka Kunčická, Pavel Barták

VSB – Technical University of Ostrava

Hornicko-geologická fakulta

Doctoral programme / field:
Hornictví (čtyřleté) / Hornictví a hornická geomechanika