风流与湿润围岩的热-质交换特性及其影响因素研究

为了分析风流与完全湿润岩壁的热-质交换特性及相关影响因素,通过相似理论建立了物理模型,解决了相关问题难以现场实测的难题,分析了冷风流与完全湿润围岩间的传热与传质过程,进一步研究了风流速度、湿度、温度、围岩岩壁温度等因素对降温控制区内传质及传热的影响。结果表明假定降温控制区域内风流的水蒸气分压力为线性分布时,计算结果的误差为5%~10%;交换过程中潜热传递约占总换热量的80%;其他条件一定时,风流速度增加25%,传质量增加约33%;送风相对湿度增加12.5%,传质量减少约11%;送风温度增加10%,换热系数增加约10%;围岩温度增加8℃,传质量增加约79%;对传质过程有影响的因素,对换热量及总换热系数也有同样重要的影响。     

巷壁与风流间对流换热系数计算及敏感性分析

为准确计算矿井巷道风流与巷壁间的对流换热系数,根据巷道风流与巷壁间的热湿交换原理,考虑巷壁潮湿、巷道风流为湿空气及巷壁粗糙特征等矿井实际生产情况,将对流换热系数表示为风温、风速、潮湿率、巷道尺寸、巷壁温度、热物性参数及摩擦阻力系数等可测参数的函数;基于对流换热系数的表达式,利用敏感性分析法,主要讨论了对流换热系数对巷道风速、巷道半径及巷道摩擦阻力系数等3个因素的敏感程度。结果表明:3个因素的影响敏感程度具有较明显差异,其中巷道风速是影响对流换热系数的最敏感因素,对流换热系数对巷道摩擦阻力系数敏感性次之,对巷道半径敏感度最低,且当巷道半径在一定范围内变化时对流换热系数对巷道半径的敏感度较低,此时可忽略其对换热系数的影响。     

冰射流中的冰粒制备技术

在对冰的物理属性及其力学特性进行完整探讨的基础上,对冰射流中所使用冰粒的温度提出维持在-30 ℃以下的要求.通过球状液滴冻结过程的传热分析,得出影响结冰时间的主要因素有低温环境温度、液滴表面对流换热系数及液滴直径.依据热量传递的守恒性获得液滴结冰时间的理论计算表达式,该式表明,结冰时间与液滴粒径的平方成正比. 基于以上理论分析所得结论,设计出合理的冰粒制备装置以制取冰射流中所需要的冰粒.实验表明,常温水在预冷器中被预冷至0 ℃,通过该实验装置可以连续稳定的制取出-71 ℃以下、平均粒径为100 μm的低温微细冰粒.     

飞轮造雾系统中风速对液滴粒径影响的实验研究

为了解决液滴雾化中雾通量小、雾场颗粒粒径分布不均匀等问题,提出了一种飞轮造雾装置;并研究了飞轮造雾系统中风速对液滴粒径的影响,利用LS-2000分体式激光粒度仪对该装置产生的液滴粒径进行了测试。结果表明:在一定范围内,当飞轮转速不变时,液滴粒径随着风速的增加而减小,当达到一定风速后,液滴粒径随着风速的增加而增大。通过对实验测得液滴粒径数据的分析计算,可以得到Rosin-Rammler分布函数中的特征参数β和分布指数n,为飞轮造雾的液滴雾化性能实验研究提供一定的理论依据。     

低阶煤管式气流干燥过程的数值模拟

管式气流干燥技术是当前低阶煤干燥提质的主流技术之一,具有干燥效率高、设备简单等优点。为研究低阶煤在气流干燥过程中的传热、传质情况,对其中的倒U型干燥管采用Fluent软件进行了气固两相流的数值模拟,结果表明:热烟气和低阶煤颗粒在干燥管的弯管部位传热最好,改变进口热烟气温度有助于两者之间的换热。     

燃煤电厂脱硫废水烟气蒸发特性流场模拟

喷雾液滴蒸发特性是实现电厂脱硫废水零排放烟气蒸发技术的关键。利用数值模拟的方法对气液两相流过程中涉及影响液滴蒸发特性的喷雾液滴平均粒径（分布特征）、传热传质等影响因素进行分析,建立喷雾液滴群烟气蒸发传热传质模型,获得了喷雾液滴群蒸发规律及运动特征。分析结果表明：模拟喷雾粒径情况下,液滴加热迅速,完全蒸发的关键控制步骤取决于液滴表面蒸汽气相组分浓度Ci,s与烟气中蒸汽气相组分浓度Ci,∞的浓度差,相同的烟气蒸发环境下,不同粒径组都呈现出初期快速蒸发和后期缓慢蒸发2个明显的阶段,在相同最大粒径范围下（最大直径100 μm）,细颗粒群（平均粒径24 μm）主体段蒸发时间最短（0.3 s达到80.1%的蒸发质量比）,粗颗粒群（平均粒径84 μm）蒸发质量比最大（0.6 s达到95%的蒸发质量比）。     

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。     

矿井避难硐室的热负荷计算与分析

通过对影响避难硐室热负荷各种因素的分析,基于半无限大物体传热模型,建立了避难硐室的传热计算微分方程。分别采用解析法、一维传热数值解法和三维数值解法对硐室岩体的传热进行了计算与对比,与此同时,研究了岩体初始温度、岩体热物性和舱体控制温度等参数对硐室热负荷的影响。结果表明：一维传热数值解法可用于硐室岩体计算;岩体的初始温度和岩体的热扩散系数对硐室热负荷的影响显著,在硐室设计前必须对岩体温度和热扩散系数进行详细测量。该研究工作可对于避难硐室的结构设计和制冷量的确定提供参考。     

高温矿井巷道风流对流换热相似实验研究

运用模型实验相似理论,推导出高温矿井巷道风流对流换热原型和模型之间的相似判据,建立了高温矿井巷道风流对流换热的实验系统。测量并分析了不同巷道壁温、不同入口风速以及入口温度对对流换热系数的影响;利用相关分析的方法,分析了巷道壁温、入口风速和巷道平均风流温度对对流换热系数的影响程度,得到各因素对对流换热系数影响程度,按从大到小的顺序为巷道平均风流温度、入口风速及巷道壁温;其中,巷道平均风流温度和入口风速均与对流换热系数呈正相关,而巷道壁温与对流换热系数呈负相关。基于对各影响因素的分析,得到了高温矿井巷道风流对流换热实验关联式,该关联式可以在实验范围内计算实际矿井风流的对流换热系数。     

超细水雾增强与抑制甲烷/空气爆炸的机理分析

通过数值模拟方法对密闭容器内部超细水雾与甲烷/空气爆炸火焰的相互作用机理进行研究。采用大涡模型和部分预混燃烧模型分别对爆炸火焰流场和甲烷/空气燃烧过程进行计算;利用欧拉-拉格朗日方法对连续相和离散相方程进行耦合求解,实现气液两相间的质量、动量和能量的传递。通过实验验证了模型的准确性,并详细分析了水雾导致爆炸增强与抑制的机理。结果表明:水雾吸收的汽化潜热大于显热,且两者均远大于液滴的动量吸收作用;水雾吸热和汽化膨胀两种效应的共同作用导致增强和抑制爆炸两种相反的结果,液滴粒径、速度和水雾质量浓度将影响火焰面的温度、导温系数、脉动速度和湍流尺度,进而影响火焰传播速度和容器内部的热增速率。     

基于煤矿乏风热氧化的填充床内置换热器取热特性

基于煤矿乏风热氧化取热过程,搭建了填充床内置换热器稳态取热实验台,取热率最大相对误差为2.50%,实验研究了床层内取热区两侧及取热区内填充蜂窝陶瓷对换热器取热的影响,结果表明：取热区两侧空间填充的蜂窝陶瓷通过增大床层气体物理流速、辐射换热面积、扰动换热器背风侧流场而强化换热器取热,当气体质量流速0.15 kg/(s·m2),温度从613 K升高到1 113 K时,取热区两侧蜂窝陶瓷的存在使换热器取热率比空床增大了2.20%～14.84%,而当气体质量流速增至0.30 kg/(s·m2),温度同样从613 K升高到1 113 K时,取热区两侧蜂窝陶瓷则使换热器的取热率比空床增大了4.92%～10.61%;取热区内填充的蜂窝陶瓷对换热器取热率影响的矛盾两面性决定了取热区内填充的蜂窝陶瓷不会对换热器取热率产生较大影响,也并不总是强化换热器取热,甚至会削弱换热器取热,当气体质量流速为0.15 kg/(s·m2)、温度从613 K升高到1 113 K时,取热区内蜂窝陶瓷的存在使得换热器取热率比空床变化了-1.92%～+4.47%;采用换热器外壁镀银的方法,研究了填充床内置换热器取热过程中传热方式的贡献,结果表明气体质量流速0.15 kg/(s·m2),温度为1 113 K时,换热器取热率中已经有55%的贡献来自辐射,随着温度进一步升高,辐射成为填充床内置换热器取热的主要方式。     

煤矿乏风瓦斯流入特性对填充床内置换热器取热的影响

在实验验证数学模型有效基础上,研究了气体流入特性对煤矿乏风氧化床内置换热器取热的影响,结果表明:填充床内置换热器取热率随床层入口气体质量流速均匀性指数的下降而减小,蜂窝陶瓷的存在导致气体流动单向导通、增大床层物理流速及辐射面积,使床层入口气体质量流速均匀性指数减幅相同时填充床内置换热器取热率减小幅度要比空床换热器大;床层入口气体平均质量流速不变时,内置热器取热率随床层入口气体温度均匀性变差而减小,温度分布不均同时引起流速分布不均,温度分布不均引起的取热率下降幅度要明显大于相同平均质量流速、温度下床层入口气体流速不均引起的取热率下降幅度;对于立式氧化床,各部分气体由于温度不同导致的浮力大小不同以及气体所受浮力由于进风方式不同导致的对流动影响差异,换热器取热率也随之发生变化,随着床层入口气体平均温度逐步升高,进风方式对取热率影响越来越明显。     

矿井回风换热器换热性能影响因素的仿真及实验研究

为研究制热/制冷、逆喷/顺喷、液滴平均直径3个因素对矿井回风换热器换热性能的影响规律,利用CFD仿真软件FLUENT对矿井回风/液滴两相流进行了3D仿真。根据边界条件不同,共仿真了制热和制冷、逆喷和顺喷、液滴平均直径分别为0.10,0.15和0.20 cm等12种工况,得出了各种工况下液滴温度变化情况,并利用工程实践运行结果和实验对部分仿真结果进行了验证。结果表明:制冷、顺喷、小液滴工况下获得的液滴温度变化大于制热、逆喷、大液滴工况下获得的液滴温差,从而说明制冷、顺喷、小液滴3种工况下回风换热器的换热性能更好。     

燃气锅炉燃烧过程中余热回收利用研究

对燃气锅炉燃烧过程的余热进行回收是未来发展的必然趋势。在对天然气基本特征进行介绍的基础上,分析了排烟温度对余热回收中的冷凝率和锅炉供热效率的影响情况,发现存在反比例关系,而空气含湿量对水蒸气露点温度具有促进作用,有利于水蒸气热量的冷凝回收。设计了一种余热回收装置,包含1个间接式换热器和2个直接接触式换热器,对换热器的基本情况进行了介绍。基于EES软件分析了供热负荷为100%、80%、50%和30%时余热回收系统的性能情况,结果发现对应的余热回收量分别为1276、1196、925、481 kJ/s,具有非常好的节能减排效果。     

宝钢4号高炉余热回收系统节能实践

为了节能降耗, 宝钢4号高炉热风炉余热采用分离热管式换热器回收热能。宝钢4号高炉热风炉余热回收装置投入运行5年多来, 对提高高炉风温、节能减排起到重要作用。量化了宝钢4号高炉余热回收对高炉风温和高炉能耗的影响, 对余热回收改造前后的效果进行了分析, 同时对余热回收失效原因和改进措施进行了探讨。     

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。     

矿井乏风余热回收和除尘实验研究

煤矿在开采的过程中会产生数量巨大的低温热源,如果能合理利用,将产生丰厚的经济效益和环境效益。设计了矿井乏风余热回收净化系统,采用多级喷淋对矿井乏风进行显热回收并除尘。实验研究各级喷淋换热效率及除尘效率,并分析其影响因素。实验结果表明:当整体水气质量流量比为0.649 8、单级水气质量流量比为0.324,且环境温度为17℃时,乏风两级喷淋后水温可以升高约3.4℃,喷淋室风侧换热总效率为82.72%;乏风温度越高,各级换热效率越高;乏风湿度越大,各级换热效率和换热总效率增加,但湿度超过70%后效率变化不明显;乏风速度增大,各级换热效率降低;喷淋室入口水温升高,各级换热效率降低;随着风速的升高,除尘效率降低。当风速1 m/s时,喷淋室的平均除尘效率约为55%。     

传热传质耦合影响松散煤体低温氧化的理论分析

考虑到多孔介质中传热传质对松散煤体低温氧化温度场和浓度场的交叉耦合作用,对松散煤体低温氧化过程中氧的扩散与反应、热的传递建立数学模型,并对其无量纲化,得出表征传热传质耦合的无量纲扩散附加热效应准则数DCT和热附加扩散效应准则数STC。根据建立的数学模型可见:DCT与STC有加速热量传递和质量扩散的作用;松散煤体氧化初期,浓度差是热量传递的主要动力;松散煤体内部进入稳定氧化阶段后,热效应是气体的扩散的主要动力。     

渗流影响下地埋管铺设方式的改进及其数值分析

地下水渗流对地埋管换热器与岩土体间的换热过程具有重要影响,为保证埋管的换热效率,在实际工作中需考虑渗流对埋管铺设方式的影响.该文根据埋管的实际换热过程将其边界设定为以年为周期变动的热通量边界,同时对传统的埋管铺设方式作了改进,并对其在渗流场中的传热过程进行了数值模拟.结果表明,改进后的方案能有效提高埋管的换热效率.     

新型井下人工制冷系统的进一步改进

对之前提出的新型井下制冷系统做出重大改进,去掉原有的换热袋及其中的蛇形管道,使系统得以简化。同时,将2种介质的局部接触换热转变成同种介质的全面混合换热,大大提高了换热效率。改进后的系统需在传统空气压缩制冷装置的基础上增加排气机及其相关设备,以使循环构成完整回路,虽使成本增加,但系统更简单合理。