本文關(guān)鍵詞：孔隙尺度下煤自然發(fā)火過(guò)程的數(shù)值模擬研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：煤炭的自燃是礦井開(kāi)采和煤儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中的主要事故之一,一旦發(fā)生,將會(huì)造成巨大 的危害。煤低溫氧化發(fā)熱作用是自燃現(xiàn)象的根源,在適宜的通風(fēng)、供氧條件下,積累的 熱量促使煤體溫度升至著火點(diǎn)溫度,最終引發(fā)燃燒。為了達(dá)到預(yù)防自燃的目的,有必要 從微觀的尺度上開(kāi)展研究,明確各外界因素對(duì)煤升溫過(guò)程的作用�；谏鲜霰尘�,本文 旨在將顆�？紫秲�(nèi)的數(shù)值模擬方法引入到煤自然發(fā)火的研究領(lǐng)域中,結(jié)合化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力 學(xué)理論,探究煤自燃機(jī)理。首先,為了證明微觀尺度模擬計(jì)算的可行性,本文使用計(jì)算流體力學(xué)軟件FLUENT 分別計(jì)算了由填料床顆粒構(gòu)成的孔隙空間內(nèi)的速度分布和溫度分布,將其與已有文獻(xiàn)中 實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果相比較,兩者符合情況良好。隨后,將具有發(fā)熱性質(zhì)的球形煤顆粒按真實(shí) 規(guī)律排列,用形成的堆積結(jié)構(gòu)表示宏觀的多孔介質(zhì)。在對(duì)煤氧化反應(yīng)自熱作用采取合理 的簡(jiǎn)化之后,設(shè)定滿足煤堆漏風(fēng)狀況的邊界條件,求解出孔隙內(nèi)速度場(chǎng)、溫度場(chǎng),分析 風(fēng)速對(duì)熱量積聚或者耗散的影響作用。在研究實(shí)際煤堆升溫過(guò)程時(shí),以位于孔隙內(nèi)風(fēng)流背景下的單個(gè)煤顆粒作為基礎(chǔ),考 慮固體內(nèi)部擴(kuò)散和滲流空氣傳熱傳質(zhì)過(guò)程的共同作用,深入分析顆粒表面的氧化反應(yīng)過(guò) 程,求解出準(zhǔn)確的化學(xué)反應(yīng)速率。將以上結(jié)果應(yīng)用于煤堆整體中,建立包含有氣體消耗 源項(xiàng)和反應(yīng)生成熱源項(xiàng)的三維非穩(wěn)態(tài)煤堆自熱模型。隨后以文獻(xiàn)報(bào)道的大型露天煤堆為 模擬對(duì)象,使用數(shù)值計(jì)算軟件FLUENT對(duì)煤堆內(nèi)的升溫過(guò)程進(jìn)行模擬,求解出流場(chǎng)、 溫度場(chǎng)、氧濃度場(chǎng)等詳細(xì)信息,并利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量得到的數(shù)據(jù)結(jié)果與模擬值對(duì)比分析。 從對(duì)比的結(jié)果來(lái)看,模擬值與實(shí)驗(yàn)值一致性較好：不同位置處的測(cè)點(diǎn)溫度變化趨勢(shì)相同, 數(shù)值相差不大,模型預(yù)測(cè)的自然發(fā)火期與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得值十分接近。這說(shuō)明本文建立的數(shù)值 計(jì)算模型具有較高的可信度。應(yīng)用所建三維非穩(wěn)態(tài)煤堆自熱模型,分別針對(duì)不同風(fēng)速、 孔隙率和煤顆粒直徑等條件進(jìn)行求解計(jì)算,獲得不同外部環(huán)境下同一煤堆內(nèi)部的溫度場(chǎng) 分布,分析關(guān)鍵性參數(shù)對(duì)煤堆自然發(fā)火期的影響。本文研究表明,在孔隙尺度下對(duì)煤自然發(fā)火過(guò)程的模擬研究是切實(shí)可行的,以此為 基礎(chǔ)建立的三維非穩(wěn)態(tài)模型不僅能真實(shí)反映煤堆低溫氧化時(shí)的內(nèi)部變化規(guī)律,而且能較 為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)煤堆自然發(fā)火期。本研究中的模擬方法和計(jì)算成果,為制定正確的煤堆處 置方法提供了理論依據(jù),對(duì)預(yù)防煤自燃火災(zāi)具有指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：煤自熱 孔隙尺度 數(shù)值模擬 流動(dòng)傳熱 自然發(fā)火期
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TD752.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-9
• 1 緒論9-20
• 1.1 研究背景與意義9-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題11-18
• 1.2.1 煤自燃學(xué)說(shuō)機(jī)理研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 煤自熱升溫過(guò)程及影響因素研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.3 多孔介質(zhì)孔隙內(nèi)部流動(dòng)傳熱研究現(xiàn)狀16-17
• 1.2.4 存在的問(wèn)題17-18
• 1.3 本文的研究?jī)?nèi)容18-20
• 2 孔隙尺度數(shù)值模擬方法的驗(yàn)證20-30
• 2.1 速度場(chǎng)的模擬計(jì)算20-25
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)背景及計(jì)算方法20-22
• 2.1.2 模擬結(jié)果對(duì)比分析22-25
• 2.2 溫度場(chǎng)的模擬計(jì)算25-29
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)背景及計(jì)算方法25-27
• 2.2.2 模擬結(jié)果對(duì)比分析27-29
• 2.3 小結(jié)29-30
• 3 煤顆�？紫秲�(nèi)部流動(dòng)傳熱分析30-39
• 3.1 多孔介質(zhì)內(nèi)對(duì)流換熱準(zhǔn)則關(guān)系式的驗(yàn)證30-33
• 3.2 堆積煤體內(nèi)部分顆粒發(fā)熱情況33-35
• 3.3 孔隙內(nèi)部流動(dòng)對(duì)傳熱影響的分析35-38
• 3.4 小結(jié)38-39
• 4 基于顆粒反應(yīng)的煤堆升溫計(jì)算模型39-47
• 4.1 單個(gè)顆粒擴(kuò)散反應(yīng)過(guò)程描述39-43
• 4.2 煤堆溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型的建立43-46
• 4.2.1 質(zhì)量守恒方程44
• 4.2.2 動(dòng)量守恒方程44
• 4.2.3 氧氣濃度守恒方程44-45
• 4.2.4 能量守恒方程45-46
• 4.3 小結(jié)46-47
• 5 煤堆升溫計(jì)算模型的驗(yàn)證及應(yīng)用47-60
• 5.1 計(jì)算模型的驗(yàn)證47-50
• 5.1.1 實(shí)測(cè)煤堆參數(shù)說(shuō)明47-48
• 5.1.2 邊界條件設(shè)置及計(jì)算方法說(shuō)明48-50
• 5.2 計(jì)算結(jié)果及分析50-56
• 5.2.1 模擬值與實(shí)測(cè)值對(duì)比情況50-52
• 5.2.2 煤堆內(nèi)部物理量變化規(guī)律52-56
• 5.3 煤堆升溫計(jì)算模型的應(yīng)用56-59
• 5.3.1 供風(fēng)速度對(duì)煤堆升溫過(guò)程的影響56-57
• 5.3.2 孔隙率對(duì)煤堆升溫過(guò)程的影響57-58
• 5.3.3 表面擴(kuò)散反應(yīng)對(duì)煤堆升溫過(guò)程的影響58-59
• 5.4 小結(jié)59-60
• 結(jié)論60-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況66-67
• 致謝67-68

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：359655