高温矿井巷道围岩与风流换热特性实验研究

发布时间：2017-07-05 08:03

  本文关键词：高温矿井巷道围岩与风流换热特性实验研究

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【摘要】：随着我国煤炭资源的大规模开发,浅部矿产面临着开采殆尽的局面,深井越来越多。随着开采深度的增大,高温热害已成为煤矿继水、火、瓦斯、煤尘及顶板之后的第六大自然灾害,深井热害控制迫在眉睫。而巷道围岩散热是矿井的主要热源,研究巷道围岩与风流换热特性,是矿井进行有效通风及采取降温措施的重要基础。本文利用相似理论,按照1:10的几何比例建立了高温含湿巷道风流对流换热实验台,通过实验研究了围岩壁温分别为36℃、38℃、40℃,送风温度分别为18℃、20℃、22℃、24℃、26℃、28℃、30℃,入口风流速度1m/s、1.5 m/s、2 m/s、2.5 m/s的84种不同工况条件下的围岩与风流的换热特性。得出了相应工况的矿井巷道围岩与风流传热的温度场,并分析了送风参数对巷道温度场的影响规律。结果表明,在给定壁温和送风温度的条件下,风速越大,巷道进出口温差越小,风流的温升小;在给定壁温和送风速度的条件下,送风温度越低,风流吸收围岩的热量就越大;巷道内风流和壁面围岩之间的温度差随着巷道长度的增长而减小,所以风温的变化逐渐趋于平缓。根据实验结果进一步分析,得出了在不同工况下,壁温、送风温度及送风风速对换热系数的影响。随着入口送风速度和送风温度的增大,对流换热系数均逐渐变大;但是壁面温度的上升,反而会导致换热系数下降。而从三者对换热系数的影响来看,送风风速对其的影响更为显著,所以以送风风速为变量,结合围岩与巷道内风流温度的差值,运用SPSS软件,拟合出的对流换热系数计算式为h=(0.055?t~2-2.171?t+26.785)e~(0.4v)。最后推导得出一定范围内的传热准则数Nu数与Re数的关系式为Nu=0.0045Re~(0.809),可为高温含湿巷道风流与围岩换热计算提供依据。
【关键词】：矿井巷道 风流 温度场 对流换热
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD72
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 研究背景8-10
• 1.1.1 概况8-9
• 1.1.2 热害的影响因素及形成9
• 1.1.3 矿井气候对井下环境的影响9-10
• 1.2 研究意义10
• 1.3 国内外研究现状10-13
• 1.3.1 国外研究现状10-11
• 1.3.2 国内研究现状11-13
• 1.4 研究内容及技术路线13-15
• 1.4.1 研究内容13-14
• 1.4.2 技术路线14-15
• 2 围岩与风流换热理论研究及实验系统15-32
• 2.1 对流换热分析15-17
• 2.1.1 对流换热的影响因素15-16
• 2.1.2 对流换热问题的数学描写16-17
• 2.1.3 对流换热的研究方法17
• 2.2 相似理论17-22
• 2.2.1 巷道热湿相似原理20-21
• 2.2.2 实验模型比例21-22
• 2.3 实验台构造22-31
• 2.3.1 巷道模型主体尺寸22-23
• 2.3.2 围岩温度控制系统23-25
• 2.3.3 湿度控制系统25-26
• 2.3.4 通风系统26-27
• 2.3.5 风流控制系统27
• 2.3.6 数据采集系统27-29
• 2.3.7 实验系统总述29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 3 围岩与风流对流换热温度场实验研究32-43
• 3.1 实验方案与步骤32-33
• 3.1.1 实验方案32-33
• 3.1.2 实验步骤33
• 3.2 实验结果与分析33-42
• 3.2.1 入口风速对温度场的影响33-40
• 3.2.2 入口风流温度对温度场的影响40-42
• 3.3 本章小结42-43
• 4 围岩与风流换热系数及准则关系43-58
• 4.1 围岩与风流换热系数43-45
• 4.2 换热系数变化规律45-49
• 4.2.1 入口风速对换热系数的影响45-46
• 4.2.2 入口风温对换热系数的影响46-48
• 4.2.3 壁面温度对换热系数的影响48-49
• 4.3 换热系数变化规律分析49-54
• 4.4 巷道风流对流传热经验准则关系式54-56
• 4.5 本章小结56-58
• 5 结论与展望58-60
• 5.1 结论58
• 5.2 展望58-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-65
• 附录65-68
• 攻读硕士学位期间所发表的论文和项目68

【参考文献】

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本文编号：521091