煤自然发火实验及数值模拟研究

发布时间：2021-03-19 19:52

　　煤自燃防治问题的研究,有利于中国西北地区低变质程度煤“绿色”开采利用,实现西北煤炭资源安全高效开采。采空区遗煤自燃集物理化学变化、能量集聚与迁移、流固相互耦合作用造成的,是自加速、火源隐蔽的矿井灾害。煤火防治原理涉及多个学科知识。利用仿真软件对煤自燃过程温度场、气体浓度场模拟可直观了解它们变化规律,为寻找井下遗煤隐蔽火源位置提供依据。以煤自然发火实验为基础,探究松散煤体在低温条件下与氧反应过程中温度、气体变化,结合热物性实验揭示松散煤体传热、导热特点,利用仿真软件将煤自然发火过程展现,来研究煤自燃温度场、气体场变化规律对不同进气量、厚度、煤质煤样热物性实验结果进行对比,分析松散煤体导热系数比热容值规律。得出同一煤样进风量增大时热扩散系数值减小,比热容会增大,而导热系数呈升高趋势但变化幅度不大。煤样变质程度越高,在加热氧化过程中热扩散系数值下降越快,且变化值越大。并根据煤自然发火实验选择模拟参数的函数方程。松散煤体低温氧化放热,是其升温的热源,也是模拟中的热源。利用煤自然发火实验研究整个升温过程气体分布和温度分布的变化规律。结果表明,煤温超过临界温度后高温点移动性较强,仅用发火期十分之一... 

【文章来源】：西安科技大学陕西省

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 煤自燃机理研究现状
        1.3.2 绝热氧化实验研究现状
        1.3.3 热物性实验研究现状
        1.3.4 煤自燃模拟研究现状
    1.4 研究内容
    1.5 研究目标与创新点
    1.6 技术路线
2 热传导特性实验研究
    2.1 元素分析和工业分析
    2.2 热传导特性实验研究
        2.2.1 实验测试原理
        2.2.2 设备简介
        2.2.3 条件设定
        2.2.4 实验结果及分析
        2.2.5 热物性参数与温度拟合函数的选择与分析
    2.3 本章小结
3 煤自然发火气体浓度场及温度场实验研究
    3.1 自然发火实验台简介及原理
    3.2 实验条件设定
    3.3 气温场结果及分析
    3.4 本章小结
4 煤自然发火数学模型构建与数值模拟方法
    4.1 Fluent软件应用
        4.1.1 化学反应
        4.1.2 层流条件
        4.1.3 多孔介质
        4.1.4 用户自定义函数UDF
    4.2 煤自然发火几何模型及网格划分
        4.2.1 几何模型
        4.2.2 网格划分
    4.3 煤自然发火实验数学模型
        4.3.1 模型假设
        4.3.2 控制方程
        4.3.3 边界条件
        4.3.4 参数设定
    4.4 本章小结
5 煤自然发火气温场数值模拟
    5.1 求解与条件参数设定
    5.2 模拟温度场结果分析
    5.3 模拟氧气浓度场结果分析
    5.4 模拟一氧化碳浓度场结果分析
    5.5 模拟二氧化碳浓度场结果分析
    5.6 高温模拟结果分析
    5.7 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]不同煤层煤氧化自燃性实验分析[J]. 张嬿妮,张帆,邓军,王凯.  中国安全生产科学技术. 2018(10)
[2]弱黏煤氧化过程中的燃点及微观结构变化特征研究[J]. 杨波,王坤,艾兴.  煤矿安全. 2018(09)
[3]氧浓度与风量对煤热物性参数影响的实验研究[J]. 王凯,翟小伟,王炜罡,文虎.  西安科技大学学报. 2018(01)
[4]巷道围岩温度场有限体积法模拟计算及实验分析[J]. 秦跃平,王浩,郭开元,薛鹏飞,王加文,吴建松.  煤炭学报. 2017(12)
[5]煤自燃倾向性测试方法研究进展[J]. 周清清,刘建忠,袁绍,王智化,周俊虎.  热力发电. 2017(10)
[6]水分相变下松散煤体导热系数的数值模拟研究[J]. 褚廷湘,李品,余明高.  煤炭学报. 2017(07)
[7]综采工作面采空区自燃三带数值模拟研究[J]. 孟全福.  煤炭与化工. 2017(06)
[8]煤粒瓦斯变压吸附数学模型及数值解算[J]. 秦跃平,王健,郑赟,童兴,刘鹏,齐艺裴.  煤炭学报. 2017(04)
[9]煤导热系数影响因素的实验研究[J]. 马砺,魏高明,李珍宝,秦晓阳.  矿业安全与环保. 2017(02)
[10]煤层分层前后采空区自燃“三带”的数值模拟[J]. 文虎,张泽,赵庆伟,刘文永,郭军.  煤矿安全. 2017(03)

博士论文
[1]煤田火区多场耦合作用下火源中心形成与识别方法研究[D]. 马晓峰.西安科技大学 2015
[2]煤自燃过程分段特性及机理的实验研究[D]. 许涛.中国矿业大学 2012
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硕士论文
[1]矿井胶带火灾烟气流动模拟及危险区域划分[D]. 张泽.西安科技大学 2017
[2]陕西省煤炭资源赋存规律及其信息管理系统研究[D]. 韦忙忙.西安科技大学 2016
[3]煤田火区煤岩体热物性参数及热破坏特性研究[D]. 鲁军辉.西安科技大学 2016
[4]西北地区侏罗纪煤层采空区自然发火规律的数值模拟研究[D]. 冯山.华北科技学院 2016
[5]高温松散煤体自吸氧规律实验研究[D]. 张华威.西安科技大学 2015
[6]煤自然实验过程中温度场的数值模拟研究[D]. 周春山.太原理工大学 2007



本文编号：3090134