煤矿井下风流温度周期性变化研究

煤矿井下风流温度受地面大气的周期性变化而变化,但其变化的规律目前没有定量计算方法。通过对圆形巷道导热微分方程及其边界条件的无因次化,将围岩温度场表达成两个温度场的迭加结果,这两个温度场分别受年平均风温和风温波动的影响。重点分析了风温波动微分方程及其定解条件,推导出当地面大气温度周期性波动时,井巷不同地点对应的温度波动的振幅及相位角的表达式,并通过计算分析,得出温度波动的振幅随巷道长度呈负指数曲线下降,相位角随巷道长度线形滞后的结论。     

周期性风温下围岩温度场模拟实验的可行性研究

为对周期性风流温度下的围岩温度场相似模拟的可行性进行研究,建立了周期性边界条件下的巷道围岩导热微分方程,引入无因次准数对导热微分方程进行了无因次化;然后根据方程分析法和量纲分析法,推导出周期性风温的巷道围岩温度场相似准则。并以某一矿井岩石巷道为例,设计了5组相似模拟实验方案,通过比较,选择几何相似比为20的相似模型。     

基于有限体积法的巷道围岩散热无因次分析

根据巷道围岩散热的特点, 建立了非稳态围岩导热微分方程, 运用有限体积法对方程进行了处理。引入无因次准数, 对导热微分方程及运用有限体积法进行离散处理后的方程进行无因次分析。通过编写Visual Basic计算机程序对方程进行解算, 得到巷道围岩内部在不同时间点下不同节点处的温度变化曲线、不同毕渥数时不同时间点下的巷道壁面温度和不稳定换热准数曲线。通过查图得到不稳定换热准数, 进而可以计算一定长度的巷道围岩散热量。     

用差分法解算巷道围岩与风流不稳定换热准数

本文分析了巷道围岩不稳定温度场的导热微分方程及其无因次形式，论证了变节距差分法的计算原理和公式，给出了不稳定换热准数随傅立叶数变化曲线，计算结果证明了该方法具有快速准确的特点。     

裂隙水作用下巷道围岩体温度场的数值模拟

基于等效连续介质渗流模型及多孔介质多场耦合理论,建立裂隙水作用下的巷道围岩体温度场计算的物理模型,建立裂隙水渗流场、裂隙水温度场、岩体温度场耦合控制方程,辅以边界条件参数,以FLUENT软件进行数值模拟,研究了裂隙水渗流作用下的矿井巷道围岩体温度场分布.结果表明,裂隙水的迁移伴随着热量的交换,裂隙水的作用改变了巷道围岩体的温度场分布;定量分析了裂隙水渗流速度对两者温度场分布的影响,在裂隙水流动方向上,渗流速度愈小,则裂隙水流温升愈大,围岩温度温升愈大;当裂隙水渗流速度大于2×10-8m/s时,其变化对巷道围岩体温度场分布有着显著的影响;但渗流速度小于2×10-8m/s时,影响是微小的.     

巷道/隧道围岩非稳态导热模化试验方法

在分析巷道/隧道围岩导热特征的基础上,把巷道/隧道围岩温度场简化为一维半无限大空心两面绝热圆薄片的非稳态导热问题,建立了柱坐标系下巷道/隧道围岩温度场的数学模型,并对其定解条件进行了探讨;采用方程分析法和量纲分析法,推导出巷道/隧道围岩导热的相似准则为傅里叶数Fo、毕渥数Bi和R,以及围岩与风流对流换热的努谢尔特数Nu、雷诺数Re和普朗特数Pr;根据相似准则,确定了巷道/隧道围岩导热原型和模型之间的相似关系,并以掘进巷道为例,证实了模化试验方法的可行性。     

回采工作面围岩散热的无因次分析

根据回采工作面移动边界的特点，建立了动坐标下的围岩导热微分方程，研究了该方程的无因次形式；在大量计算结果的基础上，分析了煤岩平均热物理参数的计算式；给出了回采工作面围岩不稳定换热准数随各无因次参数的变化曲线和不稳定换热系数的计算式。     

巷道围岩渗流与传热耦合数值模拟研究

为了得到具有地下水渗流的矿井围岩内部传热规律,基于等效连续介质渗流模型,建立矿井巷道裂隙密集性围岩渗流和传热耦合模型,应用COMSOL Multiphysics有限元分析软件,实现了矿井巷道裂隙围岩温度场的分布模拟,并分析了矿井通风时间、围岩孔隙率、围岩渗透率、固体导热系数、围岩初温和通风温度对温度场分布的影响。结果表明:通风时间增加会使得调热圈半径增大;在孔隙率较大时,孔隙率越大越有利于换热,孔隙率较小时,孔隙率越小越有利于换热;渗透率越大、固体导热系数越大和通风温度越低越有利于换热。固体导热系数、原始岩温及通风温度对围岩调热圈半径影响不明显。     

风流温度周期性变化的围岩传热数学模型研究

针对深井围岩传热问题,建立了风流温度周期性变化的围岩传热模型。通过对巷道进行特性优化,构建了巷道围岩传热的物理模型,基于物理模型建立了径向一维非稳态传热模型,在此基础上对风流温度的周期性变化与围岩散热的数学关系进行了研究。通过求解得出受风流温度周期性变化的巷道壁面温度以及围岩散热量的表达式,为深井降温提供了技术支撑。     

围岩散热风流温度、湿度计算时水分蒸发的处理

在进行巷道水分蒸发处理时,建立了壁面水分、风流中水分同时蒸发情况下,围岩温度场分布、壁面与风流热湿交换、风流温湿度变化的数学方程。当水分蒸发量一定情况下,解算出水分全部由巷道壁面蒸发和全部从风流中蒸发时的围岩温度分布规律,壁面温度、风流温度、风流相对湿度随巷道距离的分布规律,围岩散热热流密度随通风时间的变化规律并进行了对比分析。结果表明,水分全部由巷道壁面蒸发时比水分全部从风流中蒸发时的围岩温度低,巷道壁面温度也低,围岩散热量大,所计算出的风流温度也高;通风时间越短和巷道距离越长,差别越大。因此,在对井下风流热环境进行预测时,将巷道中水分蒸发全部处理成在巷道壁面蒸发是不合理的,应该根据实际情况同时考虑巷道壁面水分蒸发和风流中水分蒸发两个过程。     

巷道围岩调热圈半径及温度场分布规律研究

巷道围岩散热是一个复杂的非稳态过程,包括围岩内部的热传导和围岩与巷道风流的热交换。随着矿井开采深度的增加,巷道围岩与空气热交换所占比重增大。研究围岩与空气热交换规律对井下风流温度预测及制定矿井降温措施有着重要的意义。利用数值模拟软件模拟了淮南某矿-965 m轨道大巷不同通风时间围岩的温度场,研究了通风时间对巷道围岩温度的影响,并用实测数据对模型进行了分析验证。     

巷道围岩温度场有限体积法模拟计算及实验分析

根据巷道围岩温度场的散热特点,基于能量守恒定律和傅里叶定律,建立巷道围岩非稳态温度场数学模型,利用有限体积计算方法编制解算程序并求解出巷道围岩温度场。建立巷道围岩温度场相似模拟实验平台,并利用实验结果对有限体积计算方法的模拟结果进行实验验证,对比后发现有限体积法计算结果同相似模拟实验结果吻合,两者得到的巷道围岩温度场时空曲线变化趋势一致,由此说明了应用该有限体积计算方法所建立数学模型和解算程序的正确性与科学性。利用计算模拟结果和相似模拟实验结果对恒定风流温度下巷道围岩温度场非稳态变化过程中的影响因素进行分析,得到了巷道围岩温度场的变化规律,并以实例分析了巷道围岩温度场的非稳态过程并计算出围岩散热量。     

矿井热交换对通风网络解算的影响

为了保证煤矿井下正常生产,需要一个合理可靠的矿井通风系统。当矿井开采到一定深度,围岩温度逐渐上升,此时对通风系统进行网络解算必须考虑风流与围岩之间的热交换问题。测试了某千米矿井通风系统的负压,在通风系统网络解算中引入节点风流热量平衡方程,分析了热交换问题对通风系统网络解算的影响;对比了忽略热交换和考虑热交换影响的2种通风系统网络解算结果的分支风量偏差。对不同的矿井总风量进行网络解算,分析了热交换对风量分配的影响程度,得出了随着矿井总风量减小,热交换对通风网络解算结果的影响变大的结论。在实例中验证了考虑热交换的通风网络解算的准确性,达到了井下特定地点风量准确计算的目的。     

矿井巷道淋湿蒸发换热系数构建及风流温度计算

针对全矿井网域系统巷道围岩与风流热-湿交换计算复杂的问题,提出构建淋湿巷道风流换热系数模型,根据现场实测风流相对湿度,掌握矿井(进风侧)风流湿度变化规律,反向推演确定井巷水蒸发影响下风流与巷道围岩热交换的模型,修正围岩与风流的换热系数;用风量加权距离描述实际矿井网域风流相对湿度变化规律。结合九道岭矿实例,将算法纳入到矿井网络系统中,在MATLAB平台上运用TF1M3D对全矿井网域系统风流温度进行仿真求解。研究表明,巷道淋水蒸发吸热对井巷风流温度影响很大,主进风井段风流温度增加0.97℃,变化幅度不大,随着湿度增大风流温度递增变化幅度增大,与九道岭矿进风大巷测定结果吻合。将该算法纳入网络体系计算中,可解决3D矿井模型通风系统热害防治温度分布仿真及自然风压自动计算问题。     

西藏某边坡冻土区温度场与应力场耦合数值分析

针对西藏地区某水电边坡,在瞬态热传导原理基础上,建立了冻结区和融化区岩体瞬态温度场控制方程,模拟了在低温环境下边坡的温度场响应情况;通过在边坡的不同部位提取特征点,分析了岩体温度场随年气温的演化规律,研究了覆盖层和强风化层在冻结期和融化期的温度影响范围。在此基础上,利用直接耦合法分析了热效应和冻融循环情况下,边坡覆盖层和强风化层位移的变化情况。研究结果表明：边坡浅层岩体温度与环境温度有很强对应性,而边坡深层温度则基本保持在3~5 ℃,边坡冻结最大深度为4 m;覆盖层和强风化层位移受环境温度影响较大,其位移均随时间变化呈近似正弦分布;从影响程度上看,冻胀循环引起的位移变化要远大于热效应的影响。     

掘进巷道风流热环境的数值模拟

用三维k-ε紊流模型模拟了压入式局部通风掘进工作面风流与巷道围岩的热交换过程以及巷道壁面水分和风流之间的热湿交换.得出掘进工作面风流温度和湿度的分布是相似的， 阐明了从工作面壁面散发显热和潜热随时间的变化规律及其与湿度系数的关系，即湿度系数越大，潜热热流密度越大，显热热流密度越小，总热流密度随湿度系数的增大而增加.分析了掘进巷道周围岩石的温度分布和变化规律，壁面换热系数分布不均匀对壁面附近岩石温度分布有很大影响，随着向围岩内部的深入，围岩温度趋于均匀分布.     

水射流辅助硬质合金钻头切割岩石过程的刀具温度分析

〖HT5H〗摘〓要：〖HT5K〗通过对硬质合金钻头切削岩石过程中热量转换、传递过程分析,建立了前刀面的温度方程。根据对水射流与刀片间传热过程的热力学分析分别建立了水射流与刀片表面对流换热微分方程组和热源与刀片间的稳态导热微分方程,推导出水射流对刀片的换热功率表达式和刀片内温度场表达式。研究表明,在无水射流情况下,钻头切削岩石前刀面温度变化与切削速度vq的平方根成正比;水射流的存在可以大幅降低刀具的温度,水射流对刀片的换热功率Φ与射流压力p的四次方根成正比,刀片平均温度的变化与p－1/4成正比。一定条件下的试验结果表明,采用水射流辅助硬质合金钻头切削岩石,当射流大于适当压力,钻头破损程度大幅下降,从而有效地提高钻头寿命。