【摘要】：采空區(qū)遺煤自燃是煤礦的主要災(zāi)害之一。采空區(qū)遺煤的自燃是由于采空區(qū)遺煤與漏風中的氧氣發(fā)生了物理吸附、化學吸附和化學反應(yīng),煤自燃的實質(zhì)可以看作為一種多孔介質(zhì)內(nèi)的傳質(zhì)傳熱問題,因此本論文針對以下內(nèi)容進行研究:首先,對煤自燃理論與多孔介質(zhì)理論進行分析,構(gòu)建采空區(qū)遺煤的孔道網(wǎng)絡(luò)規(guī)則化模型。根據(jù)多孔介質(zhì)的傳熱傳質(zhì)理論,基于能量守恒定律、質(zhì)量守恒定律以及達西定律、傅里葉定律等,分析了采空區(qū)自燃的傳熱傳質(zhì)機理,建立了采空區(qū)遺煤自燃時的質(zhì)量傳遞、熱量傳遞和動量傳遞的差分方程。而多孔介質(zhì)的傳熱傳質(zhì)過程的主要影響因素有多孔介質(zhì)的粒徑分布、孔隙率以及導(dǎo)熱系數(shù)等。因此,需要對這些影響因素進行分析。運用分形理論,分別對阜生礦與六合礦的煤樣的粒徑質(zhì)量分布進行分析,得到其分形維數(shù)。在不考慮煤顆粒內(nèi)部的孔隙率的情況下對煤粒之間的孔隙率進行分析:首先建立單一粒徑球粒堆積模型,得到理論分析下的孔隙率,同時通過實驗測定單一粒徑下煤顆粒的孔隙率,對其孔隙率進行分析;通過建立尺寸一定的理想化采空區(qū)模型,根據(jù)球形填充理論,將單一粒徑對模型進行裝填,并根據(jù)孔隙直徑逐級填充小粒徑煤粒,得到了混合粒徑下的孔隙率。根據(jù)粒徑質(zhì)量分布的分形維數(shù)與孔隙率的比較,得到兩者之間的定性關(guān)系。最后,通過對五種不同煤樣在不同粒徑不同溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)實驗測定,得到了導(dǎo)熱系數(shù)與粒徑與溫度的線性關(guān)系。并建立了理想化的導(dǎo)熱系數(shù)多孔介質(zhì)模型,通過熱阻網(wǎng)絡(luò)法建立了導(dǎo)熱系數(shù)與孔隙率的關(guān)系,對比計算結(jié)果與實驗結(jié)果,對其誤差的產(chǎn)生原因進行分析。
【圖文】：

圖 1-1 菱形六面體 圖 1-2 面心六面體Figure 1-1 Diamond hexahedron Figure 1-2 Ce-centered cubic目前為止，在對各種不同的多孔介質(zhì)材料的研究中，眾多學者已經(jīng)建立了多微觀結(jié)構(gòu)模型，例如條形氣孔的 Loeb 模型、非接觸球形分散系的 Maxwe型和 Eucken 方程模型，基于圓柱體結(jié)構(gòu)假設(shè)的 Zehner-Schlunder 模型、以及前在農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域常用的孔道網(wǎng)絡(luò)模型等。在上世紀 90 年代，Daian 和 Salib及 Nowicki 等人將孔道網(wǎng)絡(luò)方法應(yīng)用到了多孔介質(zhì)干燥的過程中，Nowocki 等在對單元體（REV）內(nèi)部的孔道空間進行研究時，首次將孔道網(wǎng)絡(luò)理論引用到孔介質(zhì)中，通過建立規(guī)則化孔道網(wǎng)絡(luò)模型，敘述了孔道空間內(nèi)水和蒸汽的運動況，從而在孔道等級上描述了多孔介質(zhì)傳熱傳質(zhì)的傳輸機理[6]，后經(jīng) ParYortsos 等人的進一步完善而逐漸發(fā)展起來[7-10]。（2）多孔介質(zhì)模型的傳熱傳質(zhì)分析近年來，在農(nóng)業(yè)和化工領(lǐng)域，我國科研人員針對多孔介質(zhì)的傳熱傳質(zhì)問題行了大量研究。袁越錦等人針對農(nóng)副產(chǎn)品中較為常見的孔隙直徑范圍為 1010-4m 的自然多孔介質(zhì)進行研究，結(jié)合了分形理論、多孔介質(zhì)理論、孔道網(wǎng)絡(luò)

圖 1-1 菱形六面體 圖 1-2 面心六面體Figure 1-1 Diamond hexahedron Figure 1-2 Ce-centered cubic目前為止，在對各種不同的多孔介質(zhì)材料的研究中，眾多學者已經(jīng)建立了多微觀結(jié)構(gòu)模型，例如條形氣孔的 Loeb 模型、非接觸球形分散系的 Maxwe型和 Eucken 方程模型，基于圓柱體結(jié)構(gòu)假設(shè)的 Zehner-Schlunder 模型、以及前在農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域常用的孔道網(wǎng)絡(luò)模型等。在上世紀 90 年代，Daian 和 Salib及 Nowicki 等人將孔道網(wǎng)絡(luò)方法應(yīng)用到了多孔介質(zhì)干燥的過程中，Nowocki 等在對單元體（REV）內(nèi)部的孔道空間進行研究時，，首次將孔道網(wǎng)絡(luò)理論引用到孔介質(zhì)中，通過建立規(guī)則化孔道網(wǎng)絡(luò)模型，敘述了孔道空間內(nèi)水和蒸汽的運動況，從而在孔道等級上描述了多孔介質(zhì)傳熱傳質(zhì)的傳輸機理[6]，后經(jīng) ParYortsos 等人的進一步完善而逐漸發(fā)展起來[7-10]。（2）多孔介質(zhì)模型的傳熱傳質(zhì)分析近年來，在農(nóng)業(yè)和化工領(lǐng)域，我國科研人員針對多孔介質(zhì)的傳熱傳質(zhì)問題行了大量研究。袁越錦等人針對農(nóng)副產(chǎn)品中較為常見的孔隙直徑范圍為 1010-4m 的自然多孔介質(zhì)進行研究，結(jié)合了分形理論、多孔介質(zhì)理論、孔道網(wǎng)絡(luò)
【學位授予單位】：華北科技學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TD752.2

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本文編號：2652702