【摘要】：熱動力災害是煤礦安全生產的主要威脅之一。為提高我國煤礦熱動力災害防治水平,國內學者搭建了眾多模擬實驗裝置;但由于熱電偶軸向導熱等自身特性,溫度測值通常存在較大誤差,難以精確反映采空區(qū)熱動力災害的演變進程。論文依托國家重點研發(fā)計劃課題“煤礦熱動力災害預警技術與裝備”,針對采空區(qū)煤巖堆積條件熱電偶準確測溫為研究對象,采用理論分析與數(shù)值模擬相結合的研究方法,專門開展溫度實時、高精度測量方法應用研究。取得的主要成果有:(1)通過對相關實驗測試技術的調研,結合模擬采空區(qū)高溫點熱電偶測溫誤差的理論分析,總結出熱電偶直徑、插入角度、外露端長度是對模型內部熱流場產生明顯干擾、影響測溫精度的主要因素;(2)開展了顆粒堆積體滲流傳熱及熱電偶測溫精度的數(shù)值模擬,模擬結果表明:插入熱電偶后,顆粒堆積體內部高溫區(qū)域溫度降低,而熱電偶自身及其周邊溫度升高;熱電偶直徑越大,對模型內部熱流場產生的干擾越明顯,且沿自身軸向的導熱量也越大,熱電偶測溫誤差越大;并基于顆粒堆積體滲流模擬結果,將Blake-Kozeny經驗公式的系數(shù)由150修正為165;(3)基于多孔介質模型,利用修正后Blake-Kozeny公式,采用數(shù)值模擬方式,測算了5組采空區(qū)熱電偶測溫算例,證實了模擬采空區(qū)高溫點熱電偶測溫技術的可行性,得到了提高測溫精度的途徑。
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TD727.2
【圖文】：

圖 1-1 氣流溫度測量的熱電偶組件igure 1-1 Thermocouple Module for Gas Temperature Measurem平衡模型模型主要考慮的是流固兩相溫差較大、存在較強換熱兩相換熱以及熱電偶自身導熱都會對測溫結果產生影Schumann 提出了堆積床瞬態(tài)換熱的局部非熱平衡模的影響考慮在內[27]。Lee 等針對多孔介質燃燒器，將直徑 0.1 mm 的熱電上，并在相鄰位置處的孔隙通道內設置直徑 0.025 m長 26 mm，截面為 1.1 mm×1.1 mm），分別測量了多溫度[28]。Quintard 在多孔介質中采用體積平均方法對局部非熱析，考慮了顆粒與流體間截面熱阻的影響[29]。Alazmi 和 Vafai 考慮等壁面熱流密度邊界條件，通孔介質局部非熱平衡模型，考慮了孔隙度、雷諾數(shù)、

圖 1-2 成對布置的裸露與包覆熱電偶Figure 1-2 Bare and Coated ThermocouplesArranged in Pai陳學等依據(jù)局部非熱平衡模型分別建立了流體和特卡羅法分析了固體骨架的輻射換熱特性[35]。觸式測量溫方法主要有聲波法和紅外法兩種。技術是依據(jù)聲波在傳播過程中某些特性參數(shù)與介量聲波特性參數(shù)或其變化而推導出被測對象溫度利用多個聲波環(huán)能器并將其按照一定方式布局于器順序發(fā)射、接收聲波信號并求取各聲波傳播路當重建算法來實現(xiàn)二維平面或立體空間溫度場重局方式及選取的重建算法直接影響了聲波法測溫術的理論基礎是普朗克分布定律，該定律揭示了長的分布規(guī)律。在實驗測溫過程中，根據(jù)測試對象像儀將所接收到的由物體輻射的紅外能量重建為

及探測試驗平臺”的建設需求，本文針對采空區(qū)模擬高溫點熱行性開展了研究，主要研究內容如下：采空區(qū)熱動力災害模擬相關試驗技術調研，著重考察現(xiàn)有相關測溫技術的應用情況及所存在的問題；熱電偶測溫誤差來源分析；顆粒堆積體滲流傳熱及熱電偶測溫精度數(shù)值模擬；基于多孔介質模型的采空區(qū)熱電偶測溫數(shù)值模擬。術路線采用理論分析和數(shù)值模擬相結合的研究方法，首先開展相關實分析，分析總結熱電偶測溫的誤差來源；然后開展“顆粒堆積偶測溫精度的數(shù)值模擬”，詳細考察顆�？紫秲炔康臐B流溫度偶后的變化；在此基礎上，建立模擬采空區(qū)多孔介質模型，開模擬分析；最后通過綜合分析，探討模擬采空區(qū)高溫點熱電偶及提高測溫精度的途徑。具體技術路線如圖 1-3 所示。

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