干冰颗粒的深冷制备与浆液输送研究
发布时间：2021-02-21 06:31
煤矿火灾严重影响着矿井的安全生产,造成巨大的经济损失。针对这一问题,提出了由二氧化碳气体制备干冰颗粒,并与液氮混合制成深冷浆液灭火材料。通过理论、实验、模拟对深冷浆液中干冰颗粒的制备及深冷浆液的输送过程进行了研究。首先通过对二氧化碳的相态与流动过程中相关物理性质的研究,得到了二氧化碳凝华的条件与在管道中流动过程的参数,并且建立了二氧化碳凝华过程的源项、凝华速度与相间的热量传递模型。然后通过深冷流体混合实验,测定管道中温度的分布,确定了干冰颗粒生成位置范围,并观测干冰颗粒生成现象。其次通过Fluent软件,对不同入口角度管道形式及不同速度进行数值模拟分析,最终通过混合后管道中的温度场及压力场确定了管道中干冰颗粒的生成区域,管道入口角度为90°及低温氮气速度最大的情况下,干冰颗粒的生成区域靠前,越有利于干冰颗粒的生成。最后采用Fluent模拟软件,研究干冰颗粒在管道中的流动特性,得到了管道中干冰颗粒的浓度、粒径变化情况。通过对深冷浆液在管道中输送压力损失的影响因素进行研究,最终得到了浆液初始速度、干冰颗粒体积分数及干冰颗粒粒径在管道输送过程中压力损失的影响。本研究对深冷浆液灭火技术发展奠定...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 二氧化碳低温凝华研究现状
1.2.2 浆液输送研究现状
1.2.3 深冷浆液研究现状
1.2.4 存在的问题
1.3 研究内容及技术路线
1.3.1 研究内容
1.3.2 技术路线
2 二氧化碳性质及凝华理论研究
2.1 二氧化碳的相态及物理性质
2.1.1 二氧化碳的相态
2.1.2 二氧化碳的物理性质
2.1.3 二氧化碳固体饱和蒸汽压
2.2 干冰颗粒生成原理分析
2.2.1 二氧化碳的源项分析
2.2.2 二氧化碳的凝华速率及热量传递
2.3 本章小结
3 低温氮气与二氧化碳管道混合凝华区域研究
3.1 低温气体混合的数值模拟
3.1.1 数学模型
3.1.2 物理模型
3.1.3 网格划分及求解设置
3.2 不同入口角度管道形式对凝华区域的影响研究
3.2.1 管道中压力场的特性研究
3.2.2 管道中速度场的特性研究
3.2.3 管道中温度场的特性研究
3.2.4 管道中物理场对凝华区域的影响
3.3 不同入口速度的流动特性研究
3.3.1 管道中压力场的特性研究
3.3.2 管道中速度场的特性研究
3.3.3 管道中温度场的特性研究
3.3.4 管道中物理场对凝华区域的影响
3.4 本章小结
4 干冰颗粒的生成及流动特性研究
4.1 干冰颗粒的生成研究
4.1.1 实验设计思路
4.1.2 实验设备概况
4.1.3 温度测量系统
4.1.4 实验步骤
4.1.5 实验结果
4.2 干冰颗粒的流动特性研究
4.2.1 物理模型及网格划分
4.2.2 求解设置
4.2.3 计算结果
4.2.4 低温流体中干冰颗粒的流动特性
4.3 本章小结
5 深冷浆液管道输送的压力损失研究
5.1 管道压力损失
5.1.1 模拟工况概述
5.1.2 管道输送压力损失影响因素
5.1.3 临界流速求解
5.2 深冷浆液的输送数值模拟
5.2.1 模拟软件介绍及控制方程
5.2.2 物理模型的建立
5.2.3 网格划分与边界条件的设定
5.2.4 求解设置
5.3 管道压力损失模拟结果与分析
5.3.1 初始流速对管道压力损失的影响
5.3.2 固相颗粒体积分数对管道压力损失的影响
5.3.3 固相颗粒粒径对压力损失的影响
5.4 本章小结
6 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 研究展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]采空区煤自燃实验分析及其数值模拟[J]. 王福生,王东. 煤炭技术. 2020(05)
[2]综采工作面综合防灭火技术的实践应用[J]. 李煜鹏. 能源技术与管理. 2020(02)
[3]水轮机混凝土蜗壳液固两相流的CFD分析[J]. 孙毅,岳晓娜,胡蝶. 中国农村水利水电. 2020(05)
[4]煤矿液氮防灭火技术及发展趋势研究[J]. 黄永军. 工程技术研究. 2020(06)
[5]CFD modeling of immiscible liquids turbulent dispersion in Kenics static mixers: Focusing on droplet behavior[J]. M.M.Haddadi,S.H.Hosseini,D.Rashtchian,G.Ahmadi. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2020(02)
[6]U形弯管内大颗粒固液两相流的输送特性研究[J]. 吕彤,胡琼,肖红,李秋华. 矿冶工程. 2019(04)
[7]二氧化碳凝华及升华初步实验研究[J]. 姜晓波,王雅宁,邱利民. 低温工程. 2019(03)
[8]不同浓度粉煤灰浆体管内流动规律试验研究[J]. 赵利安,韩文强,王铁力. 实验力学. 2019(03)
[9]采空区注超临界CO2防灭火试验研究[J]. 孙可明,罗国年,王传绳. 中国安全生产科学技术. 2019(05)
[10]液态二氧化碳在矿井抑爆灭火应用中的安全性探讨[J]. 刘远. 内蒙古煤炭经济. 2019(04)
博士论文
[1]大型液化天然气储罐泄漏扩散数值模拟[D]. 庄学强.武汉理工大学 2012
[2]双鸭山矿区煤的自燃特性及预防技术基础研究[D]. 陈启文.辽宁工程技术大学 2009
硕士论文
[1]二氧化碳注入井筒内相态分析[D]. 李园园.东北石油大学 2019
[2]二氧化碳凝华过程动态模型与晶体形态实验研究[D]. 王雅宁.浙江大学 2019
[3]液态二氧化碳管路输送相变特性分析[D]. 邢园园.西安科技大学 2018
[4]矿用新型胶体防灭火材料的制备及其性能实验研究[D]. 赵春瑞.太原理工大学 2016
[5]注二氧化碳驱替甲烷实验及数值模拟分析[D]. 王永康.中国矿业大学 2016
[6]8L容器内UF6气体凝华传热过程的数值模拟[D]. 范亚芳.清华大学 2016
[7]超临界二氧化碳压裂液体系研究[D]. 杜明勇.中国石油大学(华东) 2016
[8]基于CFD的旋塞阀流动特性研究[D]. 龚座平.西华大学 2015
[9]基于低温凝华法的二氧化碳捕集技术理论与实验研究[D]. 袁灵成.浙江大学 2015
[10]东荣矿区近距离煤层群开采煤层自燃防治技术研究与应用[D]. 孙浩.西安科技大学 2013
本文编号：3043979
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 二氧化碳低温凝华研究现状
1.2.2 浆液输送研究现状
1.2.3 深冷浆液研究现状
1.2.4 存在的问题
1.3 研究内容及技术路线
1.3.1 研究内容
1.3.2 技术路线
2 二氧化碳性质及凝华理论研究
2.1 二氧化碳的相态及物理性质
2.1.1 二氧化碳的相态
2.1.2 二氧化碳的物理性质
2.1.3 二氧化碳固体饱和蒸汽压
2.2 干冰颗粒生成原理分析
2.2.1 二氧化碳的源项分析
2.2.2 二氧化碳的凝华速率及热量传递
2.3 本章小结
3 低温氮气与二氧化碳管道混合凝华区域研究
3.1 低温气体混合的数值模拟
3.1.1 数学模型
3.1.2 物理模型
3.1.3 网格划分及求解设置
3.2 不同入口角度管道形式对凝华区域的影响研究
3.2.1 管道中压力场的特性研究
3.2.2 管道中速度场的特性研究
3.2.3 管道中温度场的特性研究
3.2.4 管道中物理场对凝华区域的影响
3.3 不同入口速度的流动特性研究
3.3.1 管道中压力场的特性研究
3.3.2 管道中速度场的特性研究
3.3.3 管道中温度场的特性研究
3.3.4 管道中物理场对凝华区域的影响
3.4 本章小结
4 干冰颗粒的生成及流动特性研究
4.1 干冰颗粒的生成研究
4.1.1 实验设计思路
4.1.2 实验设备概况
4.1.3 温度测量系统
4.1.4 实验步骤
4.1.5 实验结果
4.2 干冰颗粒的流动特性研究
4.2.1 物理模型及网格划分
4.2.2 求解设置
4.2.3 计算结果
4.2.4 低温流体中干冰颗粒的流动特性
4.3 本章小结
5 深冷浆液管道输送的压力损失研究
5.1 管道压力损失
5.1.1 模拟工况概述
5.1.2 管道输送压力损失影响因素
5.1.3 临界流速求解
5.2 深冷浆液的输送数值模拟
5.2.1 模拟软件介绍及控制方程
5.2.2 物理模型的建立
5.2.3 网格划分与边界条件的设定
5.2.4 求解设置
5.3 管道压力损失模拟结果与分析
5.3.1 初始流速对管道压力损失的影响
5.3.2 固相颗粒体积分数对管道压力损失的影响
5.3.3 固相颗粒粒径对压力损失的影响
5.4 本章小结
6 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 研究展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]采空区煤自燃实验分析及其数值模拟[J]. 王福生,王东. 煤炭技术. 2020(05)
[2]综采工作面综合防灭火技术的实践应用[J]. 李煜鹏. 能源技术与管理. 2020(02)
[3]水轮机混凝土蜗壳液固两相流的CFD分析[J]. 孙毅,岳晓娜,胡蝶. 中国农村水利水电. 2020(05)
[4]煤矿液氮防灭火技术及发展趋势研究[J]. 黄永军. 工程技术研究. 2020(06)
[5]CFD modeling of immiscible liquids turbulent dispersion in Kenics static mixers: Focusing on droplet behavior[J]. M.M.Haddadi,S.H.Hosseini,D.Rashtchian,G.Ahmadi. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2020(02)
[6]U形弯管内大颗粒固液两相流的输送特性研究[J]. 吕彤,胡琼,肖红,李秋华. 矿冶工程. 2019(04)
[7]二氧化碳凝华及升华初步实验研究[J]. 姜晓波,王雅宁,邱利民. 低温工程. 2019(03)
[8]不同浓度粉煤灰浆体管内流动规律试验研究[J]. 赵利安,韩文强,王铁力. 实验力学. 2019(03)
[9]采空区注超临界CO2防灭火试验研究[J]. 孙可明,罗国年,王传绳. 中国安全生产科学技术. 2019(05)
[10]液态二氧化碳在矿井抑爆灭火应用中的安全性探讨[J]. 刘远. 内蒙古煤炭经济. 2019(04)
博士论文
[1]大型液化天然气储罐泄漏扩散数值模拟[D]. 庄学强.武汉理工大学 2012
[2]双鸭山矿区煤的自燃特性及预防技术基础研究[D]. 陈启文.辽宁工程技术大学 2009
硕士论文
[1]二氧化碳注入井筒内相态分析[D]. 李园园.东北石油大学 2019
[2]二氧化碳凝华过程动态模型与晶体形态实验研究[D]. 王雅宁.浙江大学 2019
[3]液态二氧化碳管路输送相变特性分析[D]. 邢园园.西安科技大学 2018
[4]矿用新型胶体防灭火材料的制备及其性能实验研究[D]. 赵春瑞.太原理工大学 2016
[5]注二氧化碳驱替甲烷实验及数值模拟分析[D]. 王永康.中国矿业大学 2016
[6]8L容器内UF6气体凝华传热过程的数值模拟[D]. 范亚芳.清华大学 2016
[7]超临界二氧化碳压裂液体系研究[D]. 杜明勇.中国石油大学(华东) 2016
[8]基于CFD的旋塞阀流动特性研究[D]. 龚座平.西华大学 2015
[9]基于低温凝华法的二氧化碳捕集技术理论与实验研究[D]. 袁灵成.浙江大学 2015
[10]东荣矿区近距离煤层群开采煤层自燃防治技术研究与应用[D]. 孙浩.西安科技大学 2013
本文编号：3043979
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