高温巷道非稳态温度场及热交换机理研究

摘要

随着经济的迅猛发展，矿产资源的需求量与日俱增，矿井的大量开采已成必然趋势。而许多浅层矿井的储煤量早已供不应求，这就迫使矿井的开采深度逐年增加。而由此引发的矿井高温与热害已成为制约矿山安全生产的重要问题。引发矿井热害的热源有很多，但其中最主要的因素是围岩散热。因此若要解决矿井高温热害问题就必须要阻止围岩散热。若要有效的阻止围岩散热，则必须要掌握其散热规律及过程，因此本文通过理论分析和数值模拟相结合的方法对设置了隔热层的高温巷道热交换机理进行研究。主要的研究内容包括:
　　(1)通过对高温巷道的非稳态传热传质机理的深入研究，基于传热传质相关理论推导出适用于高温巷道热环境的非稳态传热传质耦合的数学模型。
　　(2)通过ANSYS FLUENT求解器模拟巷道通风两年的温度场，得到高温巷道中风流、隔热层以及围岩的温度时空分布演化规律以及表面对流传热系数的变化规律。
　　(3)选取对巷道出口风流平均温度具有影响的因素进行正交试验，并通过极差分析得到各因素对出口风流平均温度的影响主次顺序。通过相关性分析以及方差分析得到各因素对出口风流平均温度的影响程度，筛选出主因素以便进行单因素分析。
　　(4)对正交试验中筛选的巷道出口风流温度的主因素分别进行单因素分析，并拟合经验公式，定性、定量分析各因素对出口风流平均温度的影响规律。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 高温巷道主动降温技术研究现状

1．2．2 高温巷道热环境研究现状

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

2 隔热(湿)巷道非稳态传热传质机理及数学模型

2．1 隔热(湿)巷道非稳态传热传质机理

2．2 隔热(湿)巷道非稳态传热传质数学模型

2．2．1 围岩与隔热(湿)层的质扩散与热传导

2．2．2 隔热(湿)层壁面与风流间的对流热湿交换

2．3 定解条件

2．4 巷道非稳态温度场风温热交换模型的离散

2．5 巷道非稳态温度场风温热交换模型求解验证

2．6 隔热(湿)巷道非稳态传热传质相关系数讨论

2．7 本章小结

3 隔热(湿)巷道非稳态温度场数值模拟

3．1 FLUENT概述

3．2 温度场模拟求解

3．2．1 物理模型的建立及网格的划分

3．2．2 边界条件

3．3 非稳态温度场数值模拟结果分析

3．3．1 风流非稳态温度场分析

3．3．2 隔热层非稳态温度场分析

3．3．3 围岩非稳态温度场分析

3．4 非稳态表面对流传热系数分析

3．5 本章小结

4 隔热(湿)巷道非稳态热交换影响因素研究

4．1 影响因素正交分析

4．1．1 对比方案设计

4．1．2 正交对比结果分析

4．2 单因素对比分析

4．2．1 原岩温度

4．2．2 隔热层导温系数

4．2．3 进口风流温度

4．2．4 隔热层厚度

4．3 矿井综合降温措施

4．4 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

作者简历

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