采空区遗煤的多孔介质特征及自燃模型研究

发布时间：2020-05-07 08:27

【摘要】：采空区遗煤自燃是煤矿的主要灾害之一。采空区遗煤的自燃是由于采空区遗煤与漏风中的氧气发生了物理吸附、化学吸附和化学反应,煤自燃的实质可以看作为一种多孔介质内的传质传热问题,因此本论文针对以下内容进行研究:首先,对煤自燃理论与多孔介质理论进行分析,构建采空区遗煤的孔道网络规则化模型。根据多孔介质的传热传质理论,基于能量守恒定律、质量守恒定律以及达西定律、傅里叶定律等,分析了采空区自燃的传热传质机理,建立了采空区遗煤自燃时的质量传递、热量传递和动量传递的差分方程。而多孔介质的传热传质过程的主要影响因素有多孔介质的粒径分布、孔隙率以及导热系数等。因此,需要对这些影响因素进行分析。运用分形理论,分别对阜生矿与六合矿的煤样的粒径质量分布进行分析,得到其分形维数。在不考虑煤颗粒内部的孔隙率的情况下对煤粒之间的孔隙率进行分析:首先建立单一粒径球粒堆积模型,得到理论分析下的孔隙率,同时通过实验测定单一粒径下煤颗粒的孔隙率,对其孔隙率进行分析;通过建立尺寸一定的理想化采空区模型,根据球形填充理论,将单一粒径对模型进行装填,并根据孔隙直径逐级填充小粒径煤粒,得到了混合粒径下的孔隙率。根据粒径质量分布的分形维数与孔隙率的比较,得到两者之间的定性关系。最后,通过对五种不同煤样在不同粒径不同温度下的导热系数实验测定,得到了导热系数与粒径与温度的线性关系。并建立了理想化的导热系数多孔介质模型,通过热阻网络法建立了导热系数与孔隙率的关系,对比计算结果与实验结果,对其误差的产生原因进行分析。
【图文】：

孔道,多孔介质,传热传质,农业

图 1-1 菱形六面体图 1-2 面心六面体Figure 1-1 Diamond hexahedron Figure 1-2 Ce-centered cubic目前为止，在对各种不同的多孔介质材料的研究中，众多学者已经建立了多微观结构模型，例如条形气孔的 Loeb 模型、非接触球形分散系的 Maxwe型和 Eucken 方程模型，基于圆柱体结构假设的 Zehner-Schlunder 模型、以及前在农业等领域常用的孔道网络模型等。在上世纪 90 年代，Daian 和 Salib及 Nowicki 等人将孔道网络方法应用到了多孔介质干燥的过程中，Nowocki 等在对单元体（REV）内部的孔道空间进行研究时，首次将孔道网络理论引用到孔介质中，通过建立规则化孔道网络模型，叙述了孔道空间内水和蒸汽的运动况，从而在孔道等级上描述了多孔介质传热传质的传输机理[6]，后经 ParYortsos 等人的进一步完善而逐渐发展起来[7-10]。（2）多孔介质模型的传热传质分析近年来，在农业和化工领域，我国科研人员针对多孔介质的传热传质问题行了大量研究。袁越锦等人针对农副产品中较为常见的孔隙直径范围为 1010-4m 的自然多孔介质进行研究，结合了分形理论、多孔介质理论、孔道网络

面心,六面体,孔道

图 1-1 菱形六面体图 1-2 面心六面体Figure 1-1 Diamond hexahedron Figure 1-2 Ce-centered cubic目前为止，在对各种不同的多孔介质材料的研究中，众多学者已经建立了多微观结构模型，例如条形气孔的 Loeb 模型、非接触球形分散系的 Maxwe型和 Eucken 方程模型，基于圆柱体结构假设的 Zehner-Schlunder 模型、以及前在农业等领域常用的孔道网络模型等。在上世纪 90 年代，Daian 和 Salib及 Nowicki 等人将孔道网络方法应用到了多孔介质干燥的过程中，Nowocki 等在对单元体（REV）内部的孔道空间进行研究时，，首次将孔道网络理论引用到孔介质中，通过建立规则化孔道网络模型，叙述了孔道空间内水和蒸汽的运动况，从而在孔道等级上描述了多孔介质传热传质的传输机理[6]，后经 ParYortsos 等人的进一步完善而逐渐发展起来[7-10]。（2）多孔介质模型的传热传质分析近年来，在农业和化工领域，我国科研人员针对多孔介质的传热传质问题行了大量研究。袁越锦等人针对农副产品中较为常见的孔隙直径范围为 1010-4m 的自然多孔介质进行研究，结合了分形理论、多孔介质理论、孔道网络
【学位授予单位】：华北科技学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD752.2

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