基于围岩散热的巷道风流温湿度参数变化规律研究

发布时间：2017-10-27 17:31

  本文关键词：基于围岩散热的巷道风流温湿度参数变化规律研究

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【摘要】：高温矿井潮湿巷道风流温度的准确预测一直是困扰矿井降温设计的难题,而高温矿井中导致风流温升的主要热源是围岩散热。因此本文主要研究围岩散热对风流温升的影响,拟采用围岩散热计算的两种方法,得到了潮湿巷道风流温度预测的两种方法。一种通过建立围岩内部微分方程来求解围岩散热。利用半无限大平板的导热模型描述围岩内部导热过程,考虑风流与湿壁巷道的热湿交换。用湿度系数法计算巷壁与风流的潜热交换量,将饱和空气的含湿量拟合成温度的线性函数,并引入综合换热系数、综合风流温度,运用拉普拉斯变换求解巷道内部围岩导热微分方程,得到围岩内部温度分布的非稳态理论解。提出潮湿巷道实际壁面温度应根据壁面潮湿系数,由完全湿润巷壁温度与完全干燥巷壁温度的加权得到。在此基础上,根据热湿平衡原理,建立风流与巷道的传热和传质模型,运用中心差分格式推导出巷道风流温湿度的非稳态理论解。基于计算实例,运用maple数学软件编制计算程序计算风流温湿度,并分析了围岩内部温度、壁面温度、风流温湿度的变化规律。结果表明:(1)风流温度随巷道轴向距离增加,且增加幅度逐渐减小。含湿量随轴向距离大致呈线性增加。(2)巷道潮湿程度高,风温越低,含湿量越高,风流的焓值越高。(3)巷道表面潮湿程度过高时,由于水分蒸发的影响可能出现壁温低于风温的现象,但此时传热方向仍为围岩向风流散热。(4)增大风量可以降低风流温度,但并不呈线性关系,随着风量增加降低幅度越来越小。(5)通风时间对围岩温度和风流温湿度的影响大于风速和壁面潮湿系数的影响。另一种是利用不稳定换热系数计算围岩散热量。根据井下风流温湿度的变化特点,提出了分多个区间将风流含湿量多元线性回归成风流温度与相对湿度的二元一次函数,基于风流焓值方程得到通风时间小于1a与大于1a的巷道末端风流温度计算式。基于计算资料中的实例,与资料中的计算结果对比来验证计算精度,结果表明本文计算结果精度优于资料中的结果。得到的计算式较前一种简便,适合工程实践。
【关键词】：热害矿井 风温预测 围岩散热 热湿交换 变化规律
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD727
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 课题背景11-13
• 1.1.1 煤炭开采的深部发展11
• 1.1.2 深部矿井的热害问题11-12
• 1.1.3 高温作业环境的危害12-13
• 1.2 课题的提出与研究意义13-14
• 1.3 国内外现状及存在问题14-17
• 1.3.1 国外风温预测理论的发展14-15
• 1.3.2 国内风温预测理论的发展15-16
• 1.3.3 存在问题16-17
• 1.4 研究内容17-18
• 第二章 风流温湿度预测计算基础理论18-35
• 2.1 矿井热源18-22
• 2.1.1 相对热源18-20
• 2.1.2 绝对热源20-22
• 2.2 围岩与风流间的传热传质理论22-32
• 2.2.1 围岩内部热传导22-26
• 2.2.2 壁面与风流间的热湿交换理论26-30
• 2.2.3 不稳定换热系数30-32
• 2.3 风流温度预测方法概述32-33
• 2.3.1 统计经验法32
• 2.3.2 现场实测值统计法32
• 2.3.3 模拟巷道法32-33
• 2.3.4 数学分析法33
• 2.3.5 数值模拟法33
• 2.4 本章小结33-35
• 第三章 基于半无限大平板传热的风流温湿度预测35-47
• 3.1 壁面温度求解35-41
• 3.1.1 数学模型的建立35-37
• 3.1.2 导热微分方程组求解37-39
• 3.1.3 潮湿壁面温度求解39-41
• 3.2 风流温湿度计算41-44
• 3.2.1 数学模型的建立41-43
• 3.2.2 步长的选取43-44
• 3.3 本章小结44-47
• 第四章 巷道轴向风流温湿度与径向围岩温度的变化规律分析47-61
• 4.1 巷道径向围岩温度的变化规律研究47-53
• 4.1.1 通风时间对围岩温度分布的影响规律47-49
• 4.1.2 对流换热系数对围岩温度分布的影响规律49-51
• 4.1.3 壁面潮湿程度对围岩温度分布的影响规律51-53
• 4.2 巷道轴向风流温湿度参数的时空变化规律53-59
• 4.2.1 通风时间对风流温湿度参数的影响规律53-56
• 4.2.2 壁面潮湿程度对风流温湿度参数的影响规律56-58
• 4.2.3 对流换热系数对风流温湿度的影响规律58-59
• 4.4 本章小结59-61
• 第五章 基于不稳定换热系数的巷道风流温度预测方法61-73
• 5.1 概述61
• 5.2 焓值方程中含湿量项的二元一次化61-64
• 5.2.1 二元线性回归系数求解61-63
• 5.2.2 含湿量项二元一次化的误差分析63-64
• 5.3 风流能量方程64-65
• 5.4 显式预测式的推导65-68
• 5.4.1 通风时间小于 1 a的巷道末端风流温度预测66-67
• 5.4.2 通风时间大于 1 a的巷道风流温度预测67-68
• 5.5 巷道热计算步骤68-70
• 5.6 新预测计算式的精度验证70-71
• 5.6.1 验证方法70-71
• 5.6.2 验证结果71
• 5.7 本章小结71-73
• 第六章 主要结论及进一步展望73-75
• 6.1 主要结论73-74
• 6.2 创新点74
• 6.3 不足与展望74-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-81
• 附录:攻读学位期间发表的学术论文81

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本文编号：1104495