单一介质热源激发极化法探测的数学模型

摘要

地下火源的准确定位一直以来是人们研究的重要课题，经过长期工作实践与理论研究，运用多种方法从不同角度对该问题进行科学研究，并取得一定的成绩，但也不同程度地存在不足。目前国内外许多学者都在做关于地下火源的研究工作，其中许多研究就是通过模型模拟地下发火现象，对某一参数变量进行分析，了解该参数受地下火源影响的变化趋势与规律。 本文试图通过单一介质热源及其极化率变化的数值关系对地下火源的准确定位进行研究。为满足数学模型搭建的基本要求条件，既要求可行性，又不失易于分析性，设计制作了长*宽*高为4480*2050*2140mm的多参数模拟实验台。该试验台由样品提取与测试系统、加温系统、测温系统和探测系统等构成，可充填任意介质(本次实验中用颗粒均匀的黄土作为上覆岩体)，测试参数便于控制与收集。参数的采集是经过严格的讨论，在可实现的模拟实验条件下，结合使用加温与测温系统和直流电测深法完成。参数的选择则是由数学模型的讨论需求以及可实现的实验技术来确定的，本次实验采集数据主要有测试点空间坐标、各时刻介质相应温度、视极化率、视电阻率等。 经过历时半月的实验，完成大量数据采集工作，最终作者通过数学方法的分析研究总结归纳出各个参数之间关系变化。首先作出加温后介质温度的模拟数值分布场，讨论了电流强度受温度影响的定性关系，建立了空间温度变化与视极化率的关系方程，本质地描述现场探测地下火区的一些要素与在地面可直接获取的数据信息的相关性，得出各参数相互间的关联性与制约条件。完成单一介质热源激发极化法探测数学模型的数值模拟。希望该实验结论可以通过反演讨论，能积极应运于地质上对地下火源的探测工作当中。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章国内外概况

2.1国外部分国家的研究现状

2.2国内概况

2.2.1计算机模拟

2.2.2物理仿真的煤炭自燃发火研究

2.2.3红外探测技术应用

2.2.4其他研究现状

第三章激发极化法的基本原理

3.1激发极化效应的存在

3.1.1引起激发极化现象的原因

3.1.2激发极化找水方法原理

3.1.3激发极化法的工作方法

3.1.4激发极化效应的影响因素

3.2激发极化法研究动态

3.3地下火源探测的其它方法

3.3.1传统常用技术

3.3.2新兴探测技术

第四章模拟实验台的设计搭建与试验

4.1模拟实验台的搭建

4.1.1模拟实验台的组成

4.1.2多参数实验台

4.1.3模拟地下火源(加热系统设计)

4.2数据采集仪器选择与方法

4.2.1测温系统及测温仪器的选择

4.2.2直流电法仪的选择

4.3试验操作与数据采集

4.3.1测试点位置的选择

4.3.2试验前操作

4.3.3试验加热操作、数据采集

4.3.4停火后操作、数据采集

第五章实验参数

5.1数学模型

5.1.1数学模型原理

5.1.2数学模型构建

5.2参数选择

5.2.1重要参数确认

5.2.2供电电压对视极化率影响

5.2.3测点坐标与视极化率关系

5.2.4温度与视极化率关系

5.2.5土介质中温度的分布

第六章数学模型

6.1MATLAB概述

6.2温度场的分布

6.2.1模型试验条件

6.2.2数学模型的建立

6.2.3计算结果评述

6.3电流强度场的分布

6.4视极化率回归分析

6.4.1回归分析概念

6.4.2运算思路分析

6.4.3最优回归方程运算

6.4.4结果分析

第七章结论

7.1实验结论

7.2试验中存在的问题

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文