煤粉颗粒团燃烧过程的数值模拟

煤粉的燃烧在工程实际中很多情况下都是聚团燃烧,颗粒内部传热传质机理复杂。本文根据多孔介质的传热传质学理论,引入对流项,建立了气流场中煤粉团燃烧的三维数学模型,并对不同孔隙率的煤粉团的燃烧过程进行了对比计算,计算结果合理,揭示了孔隙率对煤粉团着火燃烧的影响,为深入研究煤粉团燃烧特性打下基础。     

高温铜渣颗粒流换热CFD模拟研究

采用CFD模拟技术研究了铜渣颗粒流余热回收颗粒塔工艺内冷却段气固传热性能和料层阻力特性，分析了颗粒塔内气固温度、压力、换热区间以及换热时间等工艺参数的变化规律。结果表明，冷却空气进入颗粒塔穿过球形铜渣时发生快速强制对流换热过程中，颗粒塔内压降梯度变化大于温度梯度变化；气速越大，换热区高度越小，10 m/s气流速度对应换热区高度仅为0.85 m, 4 m/s气流速度对应换热区高度为1.4 m;换热运行时间随气流速度增大而减小，10 m/s气速对应换热运行时间最短仅为30 s, 4 m/s气流速度对应换热运行时间最长为135 s;增大气流速度有利于强化颗粒塔内气固的换热效果，提高换热量，10 m/s气流速度对应的换热量最大为7.0×10⁷ W。     

采煤机摇臂水道结构对换热效果的影响分析

为研究采煤机摇臂冷却水道结构对散热效率的影响,提高采煤机摇臂冷却水道的散热效率,通过Fluent数值计算方法对不同结构冷却水道的温度场、压力场进行数值分析。结果表明:随着流速增加,Nu随之增加,对流换热效率提高;波高会增加流体扰动强化换热效果,同时转角流动死区也会降低换热效果,在h=15 mm换热效率最佳;波间距越小,水道转角数量越多,增大压降,但流道长度增加,流体携带的热量会增加。     

煤粉自然发火临界参数的影响因素与预测

煤粉广泛应用于火电、化工及冶金领域,在制备及输送过程中,由于氧化活性增强极易自然发火并诱发燃爆事故,严重威胁作业人员生命安全。为预防煤粉灾害事故发生,研究最低着火温度对应着火延迟时间等关键临界参数的影响因素及预测具有重要义。通过搭建煤粉自然发火演化试验系统,采集硫磺沟矿和红柳矿的2种变质程度煤粉,并放置于反应池进行恒温氧化试验,分析了煤粉自然发火临界参数影响因素;同时建立了煤粉自然发火临界参数数学预测模型,对煤粉自然发火临界参数进行预测。结果表明:氧浓度和堆积厚度是影响煤粉自然发火临界参数的重要因素。煤粉的最低着火温度和对应着火延迟时间随氧浓度的降低显著增加,氧浓度降低抑制煤粉活性结构与氧气反应,减缓煤粉的升温速率,进而增加煤粉的最低着火温度和着火延迟时间。随着煤粉堆积厚度的增加,煤粉氧化释放的热量更容易蓄积,煤粉的最低着火温度逐渐降低,最大降幅可达34℃。而煤粉堆积厚度的增加可减缓氧气进入煤粉内部的扩散率,对应着火延迟时间表现出增加趋势。利用线性回归方法建立了数学预测模型,可用于计算煤粉自然发火临界参数,为煤粉自然发火引发爆燃事故防控提供了依据。     

下降管固体颗粒与空气对流均布性模拟分析

应用固体颗粒与空气对流换热进行显热蓄热具独特的优越性,固体颗粒的均布性能是换热效率的重要影响因素。设计了圆锥孔固体颗粒分布器,进行了数值模拟研究。结果表明:粒径0.25 mm的固体颗粒在空气流速为0.40 m/s时,均布效果较好;当空气流速达到0.60 m/s时,部分颗粒在空气进口处被吹起带到空气流通道,空气流速越高,被空气流带起的颗粒就越多。     

瓦斯煤粉耦合体系着火实验研究

为研究煤矿井下瓦斯、煤粉、空气3成分体系的着火特性,在改进的粉尘云最低着火温度测试装置(G-G furnace)内,选取4种煤样进行瓦斯与煤粉耦合条件下的引燃实验研究。 实验结果表明：当有煤粉存在时,瓦斯-煤粉-空气3成分耦合体系的最低着火温度（MIT）均低于瓦斯、煤粉的最低着火温度,且煤粉粒径越小、煤粉挥发分越大,耦合体系的最低着火温度下降的越多。D50≈25 μm的1号煤样使得耦合体系的着火温度比瓦斯低340 ℃,比煤粉低110 ℃。说明煤矿井下电气设备按纯的甲烷气体进行防爆温度设计和选型,若不考虑煤粉的影响,具有引燃瓦斯-煤粉-空气3成分耦合体系的风险,需加以完善和改进。     

一种井下新型空气压缩人工制冷系统

以工程热力学与传热学的理论为基础,结合井下实际情况提出一种新型人工制冷系统。该制冷系统由一套空气压缩制冷装置及换热水袋组成,袋内有蛇形布置的空气管,工质空气在管内流动,并借助其他制冷装置完成工作循环。巷道围岩上覆盖一层保温隔热材料,换热水袋安装在这层保温材料之上。该系统不仅能通过井下风流与换热水袋的对流换热降低风流温度,而且有效阻隔了围岩散热,并将高温围岩与人体间的辐射换热转变成低温的换热水袋与人体间的辐射换热,因此制冷效果更好。制冷工质空气本身廉价且无毒害。     

轴向功率超声珩磨热热量分配问题的研究

功率超声珩磨技术是磨削加工中的一种应用,常用于发动机缸套的精密与光整加工。珩磨加工过程中,磨粒与工件的相互作用产生大量热量,并有很大一部分热量传递到工件中,从而可能对工件造成热损伤。为衡量轴向功率超声珩磨过程中珩磨热传递到工件、砂轮、磨屑和冷却液中热量的多少,建立了轴向功率超声珩磨磨削区热量分配比例模型、磨粒—工件模型和冷却液对流换热模型。提出了超声珩磨时磨削区冷却液在超声振动作用下发生的空化效应会改变磨削区冷却液的流动状态的观点。得出超声珩磨可提高冷却液的换热效率,减小传递到工件表面的磨削热量,因而可减少工件的磨削热损伤。并通过数值仿真得出超声珩磨时冷却液对流换热系数是普通珩磨条件下的7倍左右。     

碱/碱土金属盐对高灰分煤粉燃烧的催化作用

用热重分析方法对比研究了Ca(NO3)2,KCl和NaCl对高灰分煤(HAC)着火温度、燃烧特性指数和放热面积的影响.结果表明,碱/碱土金属盐能改变高灰分煤的燃烧反应历程,加速煤燃烧反应速率,着火温度降低,燃尽温度提前,且燃烧放热量增加.碱/碱土金属盐影响着火性能的大小排序为:NaCl(KCl)＞Ca(NO3)2;碱/碱土金属盐影响燃尽性能的大小排序为:NaCl＞KCl＞Ca(NO3)2.煤催化燃烧的作用机理研究结果表明,碱/碱土金属盐对煤粉着火性能的提高主要是金属盐促进了煤中挥发分的释放,使着火点提前;碱/碱土金属盐对煤粉燃尽性能的提高,主要作用机理是金属盐充当氧的载体,促进氧转移.     

半焦点火特征时间的试验研究

为了设计符合半焦燃烧特性的燃烧系统,在保证其系统安全性的前提,进一步提高其能源利用效率,通过新型高频振荡单分散煤粉给粉器,结合多元扩散火焰燃烧器技术,并配合煤粉全辐射信号分析试验方法,研究了温度和含氧量变化对半焦颗粒着火特性的影响。试验结果表明:当选择归一化信号强度0.1作为点火点时,半焦的特征点火时间在10 ms量级;增加环境温度会加快半焦表面的化学反应速率,从而缩短半焦的点火时间,1 800 K时的点火时间小于1 200 K约4 ms;增加同样会缩短半焦的点火时间,氧气体积分数为10%时的点火时间较20%时降低了约2 ms;由于点火特征时间改变带来的燃烧器特征尺寸变化约为0.15 m。     

毫米级颗粒在湍流场中的传热及着火特性

燃料在强湍流中的燃烧广泛存在于实际工业装置中,研究湍流脉动对燃料传热及着火的作用对准确理解燃烧过程具有重要意义.目前,对于气体燃料和液滴在湍流脉动条件下的蒸发着火等过程已经有了非常详细的研究,而对于固体颗粒受热和着火的研究,大多数试验方法,如落管炉、单颗粒炉和平焰燃烧器等,是在层流条件下进行的.湍流条件下的研究方法主要...     

流热耦合作用下组合岩体等效导热系数研究

针对存在裂隙和流体的组合岩体,采用理论分析、数值计算和实验研究相结合的方法,基于传热学和热动力学的基本原理,综合考虑不同性质岩石的传热和裂隙流体的对流换热,建立了流热耦合条件下组合岩体等效导热系数的计算模型;采用有限元数值模拟方法,随机模拟岩石的孔隙结构,建立了孔隙分别被空气和水充填时,岩石等效导热系数的统一经验方程;通过对裂隙流体与岩体对流换热系数的实验测试,给出了对流换热系数随与流速和温差的关系;综合分析了裂隙和流体对组合岩体导热性的作用,在低流速和小温差条件下,对流换热阻较小,裂隙宽度和流体导热性对岩体导热系数的影响较大;在高流速和大温差条件下,对流换热阻逐渐超过裂隙流体的热阻,组合岩体导热系数明显增大。     

不同变质程度煤尘润湿性差异的13C-NMR特征解析

为探究不同变质程度煤尘微观分子结构参数对其润湿性的影响,利用13C-NMR试验获取了6种不同变质程度煤尘的碳骨架结构参数,采用光学法液滴形态分析系统对不同煤种煤尘的润湿接触角进行了测定。根据试验结果,得到了芳碳和脂碳结构参数随变质程度的变化规律,并利用SPSS软件分析得到了煤尘润湿性的主要影响因子为f〖KG-*6〗′〖KG-*2〗a,f〖KG-*6〗Ha,f〖KG-*6〗Ba,f〖KG-*6〗Pa,f〖KG-*6〗Hal,f〖KG-*6〗Oal。针对芳碳,随着f〖KG-*6〗′〖KG-*2〗a,f〖KG-*6〗Ba,f〖KG-*6〗Ha含量的增加,f〖KG-*6〗Pa含量的减小,煤尘的疏水性增强;针对脂碳,随着f〖KG-*6〗Hal与f〖KG-*6〗Oal含量的减少,煤尘的亲水性减弱。最终,通过煤尘润湿性影响因子变化率的分析,得到了不同变质程度煤尘润湿性差异的微观机理,实现了对传统煤尘润湿理论的改进与拓展。     

不同密度细粒煤泥对粗粒煤泥浮选的影响机理

分别将0.074 mm粒度以下的低密度(-1.4 g/cm3)、中间密度(1.4~1.8 g/cm3)和高密度(+1.8 g/cm3)细粒煤泥掺入到粗粒煤泥中进行浮选试验,研究不同密度细粒煤泥对粗粒煤泥浮选产率的影响,通过AFM测定低密度、高密度细粒煤泥颗粒与低灰粗颗粒煤之间的作用力,采用SEM观察浮选精煤、尾煤中粗颗粒煤的表面形貌,结合EDLVO理论对其影响机理进行了探讨。结果表明:中间密度细粒煤泥对粗粒煤泥浮选的抑制作用最大,低密度细粒煤泥次之,高密度细粒煤泥最小;粗粒煤泥的粒度越大,其浮选产率受中间密度细粒煤泥的影响越严重;AFM测定的作用力-距离曲线证实了疏水作用力的存在,颗粒疏水性越强,颗粒间的疏水力越大;通过SEM观察发现中间密度细粒煤泥在粗粒煤泥表面的罩盖现象显著。     

松散煤体导热系数影响因素分析

导热系数是研究煤自燃中的一个重要基础参数,能够获得比较准确的导热系数,对煤炭自燃火源定位等的研究将有很大的帮助.松散煤体为松散多孔介质,对于松散多孔介质,导热系数的影响因素很多,除了煤体本身的性质以外,还受环境因素和传热方式等的影响,本文在实验的基础上,系统分析了松散煤体导热系数的影响因素.     

河北省浅层地热能资源潜力评价

浅层地热能是一种清洁的能源,分布广储量大,在供暖制冷等行业有着广泛的利用前景,其合理的开发利用需以资源量的合理评价为基础。通过层次分析法对河北省地下水源热泵系统和地埋管热泵系统进行适宜性分区,在分区基础上对适宜区和基本适宜区进行资源量评价,应用热储法计算河北省地源热泵系统热容量为505.1×10¹⁴ kJ,折合标准煤166 432.259×10⁴ t;利用地下水量折算法得出地下水源换热功率为地下水源热泵系统换热功率21.16×10⁷ kW,单位换热量法计算的地埋管热泵系统换热功率为51.27×10⁷ kW;开发利用潜力地下水热泵系统冬季可供暖面积47.02×10⁸ m²;地埋管热泵系统冬季可供暖面积113.93×10⁸ m²。可见河北省浅层地热能资源量丰富,开发潜力巨大。     

加热棒技术在氧弹量热仪中的运用

针对氧弹量热仪熔断式点火需人工缠绕点火丝从而导致操作繁琐、点火丝残留致使实际点火热与实验设定点火热不一致以及点火偶尔失败等问题,分析氧弹内部结构和点火丝点火的工作原理,将点火丝用高温绝缘陶瓷类材料包裹成加热棒,并将电阻丝加热区域集中在加热棒顶部,使加热棒顶部发热区域始终与待点火煤样接触,确保点火成功率满足要求。对氧弹量热仪的主机和氧弹进行改造,将氧弹内原有的熔断式点火方式改进为加热棒点火方式,并进行量热仪热容量标定以及煤样弹筒发热量测试。经大量实验证明,加热棒点火方式与熔断式点火方式的发热量检测结果间无显著性差异,可以相互替代使用,但加热棒点火方式可重复点火、降低劳动强度、提升设备自动化水平,从而提高了设备使用率。     

移动床中热气体渗流传热与煤热解过程的数值计算

采用热气体对燃烧前的煤颗粒进行渗流炽热预处理,通过理论分析和计算的方法研究移动诃内热气体渗流加热对煤热解反应过程的影响,建立多孔介质渗流传热传质与煤质热解反应相互作用的物理数学模型,研究不同情况下床内颗粒料层中气固温度和煤热解挥发分析出浓度的分布规律,计算结果表明,移动床内煤的热解反应与渗流传热过程密切相关,增大入口渗流速度以及减少给料量,导致热渗透我域扩大,热作用区域内的煤层温度水平提高,热解反应区段向床方向偏移,在热解反应区域,孔隙率对流传质和煤热解过程中有很大的影响,研究结果,对于移动床煤热解反应装置的设计与运行具有一定的参考价值。     

采空区氧化-升温耦合模拟相似准则及传热相似性研究

氧化升温规律是衡量采空区内自燃的重要指标。使用相似材料在室温下进行采空区升温规律相似实验是制约采空区温度场实验发展的瓶颈。根据采空区氧化升温耦合数学模型,导出了保证温度场相似比为1的相似准则,研制出了一种与煤氧化机理相似度极高的自热型相似材料,并通过DSC-TG联用实验和程序升温实验,对相似材料的放热特性、耗氧特性、活化能的变化及其与煤的传热相似性进行了实验研究。研究表明:相似材料与煤的氧化机理相似,且在室温下就开始放出大量的热,放热量可以达到煤的4.5倍,耗氧速率是煤的120倍,添加自热材料使得煤的活化能降低了20~30 k J/mol。相似材料在动态采空区实验中的应用结果表明,采空区升温规律实验值与模拟值及实测值基本吻合,可以从氧化升温耦合的角度对采空区升温规律进行模拟研究。     

外热式煤热解技术与其传热模型的建立

建立了外热式煤中低温干馏炉炭化室的传热模型,充分考虑了水分迁移及煤干馏化学反应对传热的影响,模型计算结果与实际吻合良好,并且考察了装煤水分含量和装煤堆密度对传热过程的影响,分析表明随着装煤水分含量的增加及煤料堆密度的减小,炭化室传热效率降低,干馏反应完成时间加长。