模拟采空区高温点热电偶测温误差分析及可行性研究

发布时间：2020-07-12 11:27

【摘要】：热动力灾害是煤矿安全生产的主要威胁之一。为提高我国煤矿热动力灾害防治水平,国内学者搭建了众多模拟实验装置;但由于热电偶轴向导热等自身特性,温度测值通常存在较大误差,难以精确反映采空区热动力灾害的演变进程。论文依托国家重点研发计划课题“煤矿热动力灾害预警技术与装备”,针对采空区煤岩堆积条件热电偶准确测温为研究对象,采用理论分析与数值模拟相结合的研究方法,专门开展温度实时、高精度测量方法应用研究。取得的主要成果有:(1)通过对相关实验测试技术的调研,结合模拟采空区高温点热电偶测温误差的理论分析,总结出热电偶直径、插入角度、外露端长度是对模型内部热流场产生明显干扰、影响测温精度的主要因素;(2)开展了颗粒堆积体渗流传热及热电偶测温精度的数值模拟,模拟结果表明:插入热电偶后,颗粒堆积体内部高温区域温度降低,而热电偶自身及其周边温度升高;热电偶直径越大,对模型内部热流场产生的干扰越明显,且沿自身轴向的导热量也越大,热电偶测温误差越大;并基于颗粒堆积体渗流模拟结果,将Blake-Kozeny经验公式的系数由150修正为165;(3)基于多孔介质模型,利用修正后Blake-Kozeny公式,采用数值模拟方式,测算了5组采空区热电偶测温算例,证实了模拟采空区高温点热电偶测温技术的可行性,得到了提高测温精度的途径。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD727.2
【图文】：

组件图,气流温度,热电偶,组件

图 1-1 气流温度测量的热电偶组件igure 1-1 Thermocouple Module for Gas Temperature Measurem平衡模型模型主要考虑的是流固两相温差较大、存在较强换热两相换热以及热电偶自身导热都会对测温结果产生影Schumann 提出了堆积床瞬态换热的局部非热平衡模的影响考虑在内[27]。Lee 等针对多孔介质燃烧器，将直径 0.1 mm 的热电上，并在相邻位置处的孔隙通道内设置直径 0.025 m长 26 mm，截面为 1.1 mm×1.1 mm），分别测量了多温度[28]。Quintard 在多孔介质中采用体积平均方法对局部非热析，考虑了颗粒与流体间截面热阻的影响[29]。Alazmi 和 Vafai 考虑等壁面热流密度边界条件，通孔介质局部非热平衡模型，考虑了孔隙度、雷诺数、

热电偶,声波法,重建算法,特性参数

图 1-2 成对布置的裸露与包覆热电偶Figure 1-2 Bare and Coated ThermocouplesArranged in Pai陈学等依据局部非热平衡模型分别建立了流体和特卡罗法分析了固体骨架的辐射换热特性[35]。触式测量温方法主要有声波法和红外法两种。技术是依据声波在传播过程中某些特性参数与介量声波特性参数或其变化而推导出被测对象温度利用多个声波环能器并将其按照一定方式布局于器顺序发射、接收声波信号并求取各声波传播路当重建算法来实现二维平面或立体空间温度场重局方式及选取的重建算法直接影响了声波法测温术的理论基础是普朗克分布定律，该定律揭示了长的分布规律。在实验测温过程中，根据测试对象像仪将所接收到的由物体辐射的红外能量重建为

技术路线图,采空区,热电偶测温,高温点

及探测试验平台”的建设需求，本文针对采空区模拟高温点热行性开展了研究，主要研究内容如下：采空区热动力灾害模拟相关试验技术调研，着重考察现有相关测温技术的应用情况及所存在的问题；热电偶测温误差来源分析；颗粒堆积体渗流传热及热电偶测温精度数值模拟；基于多孔介质模型的采空区热电偶测温数值模拟。术路线采用理论分析和数值模拟相结合的研究方法，首先开展相关实分析，分析总结热电偶测温的误差来源；然后开展“颗粒堆积偶测温精度的数值模拟”，详细考察颗粒孔隙内部的渗流温度偶后的变化；在此基础上，建立模拟采空区多孔介质模型，开模拟分析；最后通过综合分析，探讨模拟采空区高温点热电偶及提高测温精度的途径。具体技术路线如图 1-3 所示。

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