地热储层单裂隙岩体渗流传热数值模拟研究

研究地热储层裂隙岩体中的渗流传热过程对干热岩地热资源的开采具有重要的意义。本文以干热岩地热工程为背景,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件对地热储层单裂隙岩体中渗流传热机理进行了研究,并分析了流体注入速度和温度对岩体温度场的影响及其对干热岩地热工程的影响。研究发现流体参数对岩体温度场的影响主要体现在2个方面:一方面是对岩体温度场受扰动区域以及幅度的影响,另一方面是对岩体温度场达到稳态所需要时间的影响。流体注入速度的提升会降低系统的寿命和寿命期的出口法向总热量值,当考虑出口法向总热通量时,存在最佳流体注入速度,本研究中最佳流体注入速度为0.011 m/s。流体注入温度的提升会增加系统的寿命和系统的出口法向总热通量和总热量。研究为干热岩自热资源的开发与利用提供了理论依据,为工程运行参数的设计提供了参考依据。     

蓄冰空调工况对避难硐室生存区热舒适性的影响

为测试蓄冰空调不同工况(包括不同剩余冰量、循环风量)对避难硐室生存区热舒适性的影响,测试了不同工况时蓄冰空调的实际制冷性能;在此基础上采用RNGκ-ε模型和SIMPLE算法模拟分析了蓄冰空调不同工况时某50人避难硐室生存区内速度场、温度场及热舒适性的变化情况。研究表明,空调剩余冰量越多、循环风量越大,空调实际制冷功率越大,生存区热舒适性越好;同时还提出了蓄冰空调最低循环风量要求的工程计算公式。     

不同热效应时的瓦斯爆炸热冲击作用分析

管道内瓦斯爆炸的影响因素很多,热效应是其中之一,为此,本文通过LS-DYNA软件建立了瓦斯爆炸热冲击效应时的管道数值模型,设置了4种不同的导热系数,分析了不同热效应条件下管道受热冲击效应时的温度场分布、热应力分布情况以及管道热应力峰值和径向位移峰值。研究结果发现,瓦斯爆炸产生的热冲击效应在第一时间作用在管道内壁上,随后通过热传导,热辐射和热对流的方式向管道径向传热,管道的导热系数在一定程度上影响管道传热和应力场分布。随着导热系数的增大,管道温度场变化更大,其散热能力越强,管道内热应力峰值和径向位移峰值也随之增大。管道内热应力峰值和径向位移峰值也随之减小。     

热桥对矿难救生舱壳体传热性能的影响

为了提高救生舱壳体的隔热能力并尽可能降低救生舱降温系统的能耗,运用数值分析的方法,分别选择了直接、间接2种内外层壳体连接方式进行计算,并与内外层无连接时的传热情况进行比较,对系统在恒温载荷作用下的传热规律进行研讨,分析了热桥对救生舱壳体传热性能的影响。结果表明:直接、间接2种连接方式热桥较无热桥时导致平均热流分别增加629%和27%,且前者较后者影响的范围更大,通过热桥进入舱内的热量也较大。     

混凝土水化热对人工冻土墙温度场分布的影响

研究了在人工冻土墙形成并达稳定温度场分布呈非线性后，基坑开挖并浇注大体积混凝土衬砌时，混凝土水化热对人工冻土墙温度场分布的影响，分析得出了受影响区域内冻土墙被融化及重新冻结的过程。在内衬混凝土水化热的作用下，冻土墙温度场会发生非线性的变化过程，沿径向受影响冻土墙上的不同点，温度变化规律是相似的；同时，在冻结管所提供冷源的作用下，解冻的冻土墙部分又会重新冻结。     

基于红外成像技术的松散煤体有源温度场实验研究

在自行设计并搭建的松散煤体有源温度场实验台基础上,应用热红外成像仪进行探测和分析,定性和定量研究松散煤体有源温度场变化及影响参数,认清和掌握松散煤体内部热量传递规律,对探测井下煤层自燃隐蔽火源具有重要的实际工程应用价值.     

避难硐室传热特性实验研究

紧急避险系统中避难硐室的热负荷计算较为复杂,硐室内初始温度不同对平均热负荷变化比较大。针对避难硐室非稳态传热问题,文章对传热特性进行了全尺寸模拟试验与有限元分析,得出了20人避难硐室的温升规律,拟合得到硐室壁面一维非稳态传热温度场计算公式,并用实测数据进行了验证。为避难硐室热负荷的计算提供理论依据,为不同初始温度下避难硐室配置降温系统提供计算参考。     

混凝土水化热条件下人工冻土墙与内衬结构共同作用研究

研究了在人工冻土墙形成并达稳定温度场分布呈非线性后，基坑开挖并浇注大体积混凝土衬砌时，混凝土水化热对冻土墙温度场及其耦合应力场分布的影响，分析得出了在冻土墙温度场分布改变过程中，其与内衬共同作用应力场的变化规律．内衬混凝土水化热会使其邻近的冻土融化，之后在冻结管冷源的作用下融土又回冻，冻土墙温度场会发生非线性的变化过程；在冻土墙内侧随工况进行自上而下移动的融化区域使围护结构体系的应力场不断的变化，冻土墙内侧所受径向应力增大，内衬的支护作用提高，冻土墙支护性能下降；同时，冻土墙位移趋势加大，内衬支护作用的提高并没有完全遏制冻土墙的位移发展，说明冻土墙是主要的支护结构。     

煤炭地下气化过程中温度场及其传热特征研究进展

煤炭地下气化(UCG)技术作为一种环境友好的采煤方法,可被用来开发深部煤层与矿井遗留的煤炭资源.当地下气化时,随着气化时间的推移,煤炭在煤层内部"燃烧"逐渐形成气化炉,炉内温度最高可达1200℃.从UCG过程中的放热反应出发,综述了热量来源、温度场的变化及其传热特征等,总结了研究温度场的重要手段.分析认为,UCG是一个...     

基于Monte-Carlo法的立井井壁随机温度场分析

为了深入研究不确定因素对立井井壁温度场的影响,将井壁传热区域的导热系数、内热源强度、质量密度及质量比热容等不确定性参数模拟为随机场,基于随机场局部平均理论,采用Monte-Carlo随机有限元法对立井井壁随机温度场求解进行了分析,给出了有限元节点温度响应的均值、方差及变异系数的计算公式,根据计算步骤编写了求解立井井壁随机温度场的Matlab随机有限元程序。通过工程实例,考察了随机场参数对立井井壁温度场随机性响应的影响,并与将各随机参数视为单一随机变量的情况进行了对比。结果表明:基于随机场理论的Monte-Carlo随机有限元法能合理考虑井壁混凝土热学参数空间上的不确定性;编制的Matlab随机有限元程序可直接输出各时刻井壁温度场的统计结果;传统的井壁温度场确定性分析存在缺陷,将井壁混凝土的热学参数模拟为单一随机变量会高估其变异性,采用随机场建模方法显得更加科学合理。     

河西金矿深部热环境调查与分析

随着开采深度的不断增加，地下岩层温度显著升高，恶化了井下深部作业环境，使得采矿工程活动受到了矿井热害的影响。通过对河西金矿的热湿环境及地温条件现场调查，在河西金矿不同中段采集分析了风温（干湿球）、湿度、风速等相关数据；利用深孔测温法，量测了不同中段地温，绘制了地温梯度回归曲线，计算出平均地温梯度；实验测定了矿岩平均导热系数，计算了深部各水平中段的井下热源放热量，并确定了井下热源最大放热量，为河西金矿深部降温需风量的计算提供了数据支持和重要参考，为深部矿井的相关现场调查分析和数据应用处理提供了案例借鉴。     

地下气化炉前方煤壁周期性非稳态导热研究

研究了煤炭地下气化炉前方煤壁的周期性非稳态导热。在燃烧区沿气化工作面移动的基础上,建立了周期性简谐式波动的气化炉温度场。以此为前提,研究了煤壁的半无限体温度响应及煤壁导热传递,并得出气化炉前方煤壁温度及热流随时间发生周期性非稳态简谐式变化的结论。这为进一步研究煤壁导热对煤炭地下气化过程中气体渗流扩散及煤层干馏分解的影响,提供了必要的理论依据。     

局部降温系统在深井掘进中的应用

针对热害矿井井下热环境参数和煤岩温度,分析了矿井热害形成原因。根据矿井具体条件提出了适合济宁三号煤矿的掘进工作面热害治理方案。利用局部降温系统制取低温冷水,降低风流温度,介绍了系统工作原理、布置流程及其运行情况,并对深井降温效果进行了分析。结果表明,掘进迎头温度降低5～7℃,掘进巷道最高温度控制在30℃。局部降温系统可以有效缓解局部地点热害状况,改善井下作业环境。     

三山岛金矿围岩温度梯度测试及工程热环境分析

通过对井下热湿工程环境调查,分析三山岛金矿热害产生的根本原因。依据工程热湿环境调查结果,布设该矿围岩温度测试的测点位置,通过对不同中段相对应位置的温度曲线回归,得出三山岛金矿正常围岩温度梯度为2.2 ×10^-2℃/m,受井下地热影响区域其地温梯度为2.6×10^-2℃/m。通过对该矿不同热源进行分析,其围岩散热、机械设备、空气压缩及地热资源是致使三山岛金矿井下温度偏高的主要原因,该研究对类似矿山热源分析及其治理提供一定的基础数据。     

城郊煤矿原岩温度测定及热源分析

城郊煤矿属于高温热害矿井,该矿在井下采用浅孔测温方法在6个测点测试了矿井煤系地层的原岩温度;使用精密气压计、干湿球温度计、风表及其它测试工具实测了2501工作面进风系统风流的大气热物理参数变化情况,在此基础上对2501综采工作面的热源进行了定量分析,为矿井制定人工降温措施提供了依据。     

金属矿山深部掘进巷道热交换模拟测试平台设计

基于深井采矿热害控制问题,研发设计了金属矿山深部掘进巷道热交换模拟测试平台。该测试平台按照相似理论将井下掘进巷道简化为长方体硐室。利用电加热膜模拟井下各类热源,加湿器加湿模拟井下高湿环境;制冷降温装置由制冷机组、空冷器和冷风风管等构成。试验平台采用西门子300PLC系统进行实时监测以及远程操作,对工艺流程上设备运行的工况、生产流程中的工艺参数进行实时采集,并将采集的数据传送到上位操作画面,由上位机根据工艺要求,对设备、工艺过程、工艺参数进行自动控制和操作。试验平台能够在实验室内模拟井下真实热湿交换环境,模拟巷道流场、温度场及湿度场的变化规律,研究制冷降温系统的匹配优化和冷量在工作面的配送方式对降温效果的影响因素等,对于解决目前深井开采面临的问题具有很好的现实意义和推广应用价值。     

大体积高性能混凝土冻结井壁水化热温度场实测与分析

大体积高性能混凝土井壁水化热温度场发展规律对于研究井筒温度应力、提高井壁质量极为重要,为获得实测资料,对国内井筒直径和井壁厚度均最大的冻结井壁开展了早龄期温度场实测研究与分析。设置4个监测层位,实时监测获得了一次浇注厚度达2.5 m的C60高性能混凝土井壁温度场的分布规律及井壁内径向各点的温升规律,获得不同厚度和标号井壁的最高温度达61.4~73.1℃、最大温升39.6~48.8℃、内部最大温差24.3~33.0℃。拟合得到了较符合现场浇注井壁内最高温升与龄期的双指数关系式。并结合工程实践,从混凝土材料、水化热温升、降低约束和养护条件等方面分析了大体积混凝土井壁预防开裂的技术措施。实测数据为冻结井壁设计与施工提供宝贵的基础资料,为工程建设提供借鉴。     

矿井风流温度预测及热交换机理分析

为探讨矿井风流热交换机理,采用归纳法对我国部分具有高温热害矿井的相关资料进行分析研究,总结出矿井中不同地点的风流热交换规律,进而提出矿井风流热力计算的数学方法和参数选取的条件和范围。研究表明:风流通过井筒、矿内巷道和回采工作面时,其热力变化规律有显著不同。这为实施矿井降温措施,改善井下作业条件,提高矿工劳动效率和安全保障提供了理论依据。