本文關(guān)鍵詞：煤自燃溫度場的數(shù)值模擬

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【摘要】：煤層自燃嚴(yán)重影響著煤炭工業(yè)發(fā)展，給礦井生產(chǎn)帶來極大安全隱患。由于實(shí)際條件下的煤自燃過程很難描述清楚，使得煤層自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)的發(fā)展受到嚴(yán)重制約，當(dāng)務(wù)之急是建立有效完善的預(yù)測煤炭自然發(fā)火的機(jī)制。根據(jù)煤田自然發(fā)火的形成機(jī)制機(jī)理，煤炭自燃的必要條件有三點(diǎn)：1煤具有自燃傾向性且呈破碎狀態(tài)堆積；2有連續(xù)的通風(fēng)供氧條件；3熱量易于積聚；其充分條件為：持續(xù)一定的蓄熱時(shí)間。我校煤炭科學(xué)專業(yè)運(yùn)用小型試驗(yàn)爐對大型的礦山煤場進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)M統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，再用簡單的曲線擬合近似求解煤溫變化情況，在煤充分接觸氧氣時(shí)溫度達(dá)到一定值時(shí)將自然發(fā)火（不同煤樣燃點(diǎn)不同）。利用優(yōu)化算法以及計(jì)算機(jī)的數(shù)值模擬方法能更加精確的探究煤炭的發(fā)火過程以及溫度變化情況。論文研究意義在于用數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)代替實(shí)際爐體發(fā)火實(shí)驗(yàn)，使得煤自燃發(fā)火過程能更加直觀。 本文從二維煤自然發(fā)火實(shí)驗(yàn)數(shù)學(xué)模型入手，以西安科技大學(xué)煤自然發(fā)火試驗(yàn)臺(tái)為依托，通過定性條件，如爐體主要結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，供風(fēng)條件，煤樣條件等的確定，以及對模型建立的影響因素較小的基本假設(shè)，建立了三維煤自然發(fā)火的數(shù)學(xué)模型。建立的三維煤自然發(fā)火數(shù)學(xué)模型是三維多場耦合條件下的對流擴(kuò)散反應(yīng)方程組，在加入適當(dāng)初始條件和邊界條件后，歸納為一個(gè)三維非穩(wěn)態(tài)條件下的對流占優(yōu)擴(kuò)散反應(yīng)方程。將經(jīng)驗(yàn)放熱強(qiáng)度，，耗氧速率帶入三維對流擴(kuò)散方程，數(shù)值模擬過程主要用到有限元方法，為了提高計(jì)算準(zhǔn)確度和收斂速度，本文引入了特征有限元方法二重網(wǎng)格算法。通過對實(shí)驗(yàn)爐體的分層遍歷求解，數(shù)值模擬出在特定實(shí)驗(yàn)條件下棗泉煤樣的溫度場變化情況。 在使用特征有限元方法解決一定邊界條件下的煤自燃溫度場控制方程模擬煤溫的自然變化趨勢后，數(shù)值模擬出的是一組具有動(dòng)態(tài)變化規(guī)律的空間對應(yīng)溫度值。實(shí)現(xiàn)的可視化軟件設(shè)計(jì)了導(dǎo)入數(shù)據(jù)的接口，可直接導(dǎo)入ACCESS，EXCEL等模擬及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過虛擬的煤自然發(fā)火平臺(tái)，重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程，軟件通過OpenGL實(shí)現(xiàn)三維爐體動(dòng)態(tài)溫度場的變化規(guī)律界面，并能實(shí)現(xiàn)在某一時(shí)間點(diǎn)最高煤溫?cái)?shù)據(jù)導(dǎo)出。 用煤溫測試裝置測得煤堆中一些特定點(diǎn)的瞬態(tài)煤溫的變化溫度后對比了模擬溫度值與實(shí)驗(yàn)溫度值，比較分析結(jié)果的可行性，結(jié)果表明，數(shù)值模擬煤自燃溫度場的變化過程及發(fā)火期能較好的反映真實(shí)實(shí)驗(yàn)條件下的煤自然發(fā)火情況。實(shí)驗(yàn)根據(jù)模擬結(jié)果對模型進(jìn)行評(píng)價(jià)，為建立快速、準(zhǔn)確的煤自燃預(yù)測預(yù)報(bào)系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：煤自燃 對流擴(kuò)散方程 特征有限元法 二重網(wǎng)格算法 可視化
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TD752.2
【目錄】：

• 摘要2-4
• ABSTRACT4-8
• 1 緒論8-17
• 1.1 研究背景和意義8-10
• 1.2 國內(nèi)外的研究動(dòng)態(tài)及發(fā)展趨勢10-13
• 1.2.1 數(shù)值模擬的發(fā)展10-11
• 1.2.2 煤自燃的數(shù)值模擬11-13
• 1.3 論文的研究思路13-16
• 1.4 論文的總體結(jié)構(gòu)16-17
• 2 煤自然發(fā)火實(shí)驗(yàn)的數(shù)學(xué)模型17-25
• 2.1 爐體結(jié)構(gòu)17-18
• 2.2 煤自然發(fā)火數(shù)學(xué)模型18-20
• 2.2.1 模型分析及假設(shè)18-19
• 2.2.2 松散煤體耦合場數(shù)學(xué)模型19-20
• 2.3 溫度場的形成及影響因素20-21
• 2.4 煤自燃溫度場數(shù)學(xué)模型21-24
• 2.5 本章小結(jié)24-25
• 3 多場耦合偏微分方程的求解25-39
• 3.1 有限元方法的介紹25-28
• 3.1.1 傳統(tǒng)有限元方法25-27
• 3.1.2 特征有限元方法27-28
• 3.2 參數(shù)條件施加28-31
• 3.2.1 初始條件及邊界條件的處理28-30
• 3.2.2 所需參數(shù)30-31
• 3.3 模型求解31-34
• 3.3.1 模型簡化31-32
• 3.3.2 三維對流擴(kuò)散方程離散化32-33
• 3.3.3 模型求解過程33-34
• 3.4 算法實(shí)現(xiàn)34-38
• 3.4.1 特征有限元二重網(wǎng)格算法34-36
• 3.4.2 實(shí)現(xiàn)過程簡述36-38
• 3.5 本章小結(jié)38-39
• 4 三維數(shù)值模擬煤自燃可視化39-47
• 4.1 數(shù)值模擬可視化的發(fā)展39
• 4.2 軟件概要說明39-42
• 4.3 系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)42-45
• 4.3.1 系統(tǒng)的源數(shù)據(jù)預(yù)處理42
• 4.3.2 數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)接口的設(shè)計(jì)42-43
• 4.3.3 三維實(shí)現(xiàn)43-44
• 4.3.4 創(chuàng)建的類44
• 4.3.5 主要類函數(shù)和功能44-45
• 4.4 對軟件的整體總結(jié)45-46
• 4.5 模型優(yōu)化46-47
• 5 結(jié)果分析47-53
• 5.1 可視化效果及說明47-50
• 5.2 模擬結(jié)果分析比較50-53
• 6 結(jié)論與展望53-55
• 6.1 煤自燃數(shù)值模擬結(jié)論53
• 6.2 煤自燃數(shù)值模擬展望53-55
• 致謝55-56
• 參考文獻(xiàn)56-59
• 附錄一59-62
• 附錄二62

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 鄧軍,徐精彩,李莉,張辛亥,文虎;煤的粒度與耗氧速度關(guān)系的實(shí)驗(yàn)研究[J];西安交通大學(xué)學(xué)報(bào);1999年12期

2 郭玉龍,任高峰;三維有限元數(shù)值模擬在采空區(qū)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J];西部探礦工程;2005年03期

本文編號(hào)：680257