本文關(guān)鍵詞：孔隙尺度下煤自然發(fā)火過程的數(shù)值模擬研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：煤炭的自燃是礦井開采和煤儲運過程中的主要事故之一,一旦發(fā)生,將會造成巨大 的危害。煤低溫氧化發(fā)熱作用是自燃現(xiàn)象的根源,在適宜的通風(fēng)、供氧條件下,積累的 熱量促使煤體溫度升至著火點溫度,最終引發(fā)燃燒。為了達到預(yù)防自燃的目的,有必要 從微觀的尺度上開展研究,明確各外界因素對煤升溫過程的作用�；谏鲜霰尘�,本文 旨在將顆粒孔隙內(nèi)的數(shù)值模擬方法引入到煤自然發(fā)火的研究領(lǐng)域中,結(jié)合化學(xué)反應(yīng)動力 學(xué)理論,探究煤自燃機理。首先,為了證明微觀尺度模擬計算的可行性,本文使用計算流體力學(xué)軟件FLUENT 分別計算了由填料床顆粒構(gòu)成的孔隙空間內(nèi)的速度分布和溫度分布,將其與已有文獻中 實驗研究結(jié)果相比較,兩者符合情況良好。隨后,將具有發(fā)熱性質(zhì)的球形煤顆粒按真實 規(guī)律排列,用形成的堆積結(jié)構(gòu)表示宏觀的多孔介質(zhì)。在對煤氧化反應(yīng)自熱作用采取合理 的簡化之后,設(shè)定滿足煤堆漏風(fēng)狀況的邊界條件,求解出孔隙內(nèi)速度場、溫度場,分析 風(fēng)速對熱量積聚或者耗散的影響作用。在研究實際煤堆升溫過程時,以位于孔隙內(nèi)風(fēng)流背景下的單個煤顆粒作為基礎(chǔ),考 慮固體內(nèi)部擴散和滲流空氣傳熱傳質(zhì)過程的共同作用,深入分析顆粒表面的氧化反應(yīng)過 程,求解出準確的化學(xué)反應(yīng)速率。將以上結(jié)果應(yīng)用于煤堆整體中,建立包含有氣體消耗 源項和反應(yīng)生成熱源項的三維非穩(wěn)態(tài)煤堆自熱模型。隨后以文獻報道的大型露天煤堆為 模擬對象,使用數(shù)值計算軟件FLUENT對煤堆內(nèi)的升溫過程進行模擬,求解出流場、 溫度場、氧濃度場等詳細信息,并利用現(xiàn)場實際測量得到的數(shù)據(jù)結(jié)果與模擬值對比分析。 從對比的結(jié)果來看,模擬值與實驗值一致性較好：不同位置處的測點溫度變化趨勢相同, 數(shù)值相差不大,模型預(yù)測的自然發(fā)火期與現(xiàn)場測得值十分接近。這說明本文建立的數(shù)值 計算模型具有較高的可信度。應(yīng)用所建三維非穩(wěn)態(tài)煤堆自熱模型,分別針對不同風(fēng)速、 孔隙率和煤顆粒直徑等條件進行求解計算,獲得不同外部環(huán)境下同一煤堆內(nèi)部的溫度場 分布,分析關(guān)鍵性參數(shù)對煤堆自然發(fā)火期的影響。本文研究表明,在孔隙尺度下對煤自然發(fā)火過程的模擬研究是切實可行的,以此為 基礎(chǔ)建立的三維非穩(wěn)態(tài)模型不僅能真實反映煤堆低溫氧化時的內(nèi)部變化規(guī)律,而且能較 為準確地預(yù)測煤堆自然發(fā)火期。本研究中的模擬方法和計算成果,為制定正確的煤堆處 置方法提供了理論依據(jù),對預(yù)防煤自燃火災(zāi)具有指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：煤自熱 孔隙尺度 數(shù)值模擬 流動傳熱 自然發(fā)火期
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TD752.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-9
• 1 緒論9-20
• 1.1 研究背景與意義9-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在的問題11-18
• 1.2.1 煤自燃學(xué)說機理研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 煤自熱升溫過程及影響因素研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.3 多孔介質(zhì)孔隙內(nèi)部流動傳熱研究現(xiàn)狀16-17
• 1.2.4 存在的問題17-18
• 1.3 本文的研究內(nèi)容18-20
• 2 孔隙尺度數(shù)值模擬方法的驗證20-30
• 2.1 速度場的模擬計算20-25
• 2.1.1 實驗背景及計算方法20-22
• 2.1.2 模擬結(jié)果對比分析22-25
• 2.2 溫度場的模擬計算25-29
• 2.2.1 實驗背景及計算方法25-27
• 2.2.2 模擬結(jié)果對比分析27-29
• 2.3 小結(jié)29-30
• 3 煤顆粒孔隙內(nèi)部流動傳熱分析30-39
• 3.1 多孔介質(zhì)內(nèi)對流換熱準則關(guān)系式的驗證30-33
• 3.2 堆積煤體內(nèi)部分顆粒發(fā)熱情況33-35
• 3.3 孔隙內(nèi)部流動對傳熱影響的分析35-38
• 3.4 小結(jié)38-39
• 4 基于顆粒反應(yīng)的煤堆升溫計算模型39-47
• 4.1 單個顆粒擴散反應(yīng)過程描述39-43
• 4.2 煤堆溫度場數(shù)學(xué)模型的建立43-46
• 4.2.1 質(zhì)量守恒方程44
• 4.2.2 動量守恒方程44
• 4.2.3 氧氣濃度守恒方程44-45
• 4.2.4 能量守恒方程45-46
• 4.3 小結(jié)46-47
• 5 煤堆升溫計算模型的驗證及應(yīng)用47-60
• 5.1 計算模型的驗證47-50
• 5.1.1 實測煤堆參數(shù)說明47-48
• 5.1.2 邊界條件設(shè)置及計算方法說明48-50
• 5.2 計算結(jié)果及分析50-56
• 5.2.1 模擬值與實測值對比情況50-52
• 5.2.2 煤堆內(nèi)部物理量變化規(guī)律52-56
• 5.3 煤堆升溫計算模型的應(yīng)用56-59
• 5.3.1 供風(fēng)速度對煤堆升溫過程的影響56-57
• 5.3.2 孔隙率對煤堆升溫過程的影響57-58
• 5.3.3 表面擴散反應(yīng)對煤堆升溫過程的影響58-59
• 5.4 小結(jié)59-60
• 結(jié)論60-62
• 參考文獻62-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況66-67
• 致謝67-68

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 鄧軍,徐精彩,王洪權(quán);圓柱形煤自然發(fā)火實驗臺的數(shù)值模擬研究[J];遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2002年02期

2 李宗翔,許端平,劉立群;采空區(qū)自然發(fā)火“三帶”劃分的數(shù)值模擬[J];遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報;2002年05期

3 黃翰文;彭祥宇;劉學(xué)服;蘇羅利;;煤的自燃點及其影響因素考察[J];煤礦安全;2009年02期

4 文虎;煤自燃全過程實驗?zāi)M及高溫區(qū)域動態(tài)變化規(guī)律的研究[J];煤炭學(xué)報;2004年06期

5 鄧軍,徐精彩,張迎弟,李莉;煤最短自然發(fā)火期實驗及數(shù)值分析[J];煤炭學(xué)報;1999年03期

6 王蘇貞;聶穎清;;萬噸煤船貨物自燃 泉州海事全力救助——“昌遠68”輪獲救始末[J];中國海事;2011年04期

7 鄧軍,徐精彩,徐通模,張辛亥;煤自燃性參數(shù)的測試與應(yīng)用[J];燃料化學(xué)學(xué)報;2001年06期

8 張靜;;中國GDP與煤炭消費量的相關(guān)性研究[J];科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力;2010年09期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 梁運濤;煤自然發(fā)火期快速預(yù)測研究[D];浙江大學(xué);2010年

  本文關(guān)鍵詞：孔隙尺度下煤自然發(fā)火過程的數(shù)值模擬研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：359655