封闭空间瓦斯爆炸与抑制机理的反应动力学模拟

通过修改化学动力学计算软件CHEMKIN Ⅲ中的SENKIN程序包,建立了定容弹中瓦斯爆炸过程的计算模型,其化学反应采用了详细反应机理(包括53种组分、325个反应)。利用此模型对瓦斯爆炸过程中反应物浓度、活化中心浓度、爆炸后部分致灾性气体浓度的变化趋势进行了详细分析;通过对瓦斯爆炸详细反应机理的敏感性分析,找出了影响瓦斯爆炸以及爆炸后部分致灾性气体生成的关键反应步,同时,对水抑制瓦斯爆炸及爆炸后致灾性气体生成的机理进行了分析。结果表明,当混合气中不含水时,瓦斯爆炸后温度、压力将分别达到2700 K、0.22 MPa左右;当混合气中含10%水时,温度、压力将分别降低到2580 K、0.21 MPa;而当混合气中含15%水时,与混合气中不含水相比,温度、压力分别降低了180 K、0.025 MPa;同时,混合气中的水对瓦斯爆炸及爆炸后CO、CO₂、NO₂的生成起抑制作用。     

基于静态耗氧实验的煤低温氧化反应动力学分析

利用Agrawal近似法从化学动力学角度推导了煤低温氧化耗氧速率方程,得出O2浓度与温度的理论关系式,并利用柴里气煤静态耗氧实验数据,通过最小二乘法得到柴里气煤在各温度阶段的反应级数;由斜率和截距求得各阶段活化能E和指前因子A,并借用Tolman对活化能的定义,解释了柴里气煤低温氧化过程中活化能与温度、反应速率的关系,以及负的活化能的形成。     

U型通风采场的温度场相似实验模型

为了预测采动影响下采场温度分布状态,建立了U型通风采场的温度场实验台以模拟采场中的热输运现象.基于采场内流场与温度场数学模型,提出了选取α2rxr/u2r=α3rd2nr/ur=xr/pfr和xr/urTr=1/qr作为模型的相似关系式,确定了模型中独立变量的合理取值,论证了为使温度场相同而应满足的热源项的比例关系.模拟U型通风采场的氧化带局部区域自热工况的实验结果表明:采场温度场分布趋势与数值模拟及现场实测结果吻合较好,均呈现由进风口到回风口先上升再下降的分布规律,并在采空区倾向中心线偏回风口20～30m处出现温度峰值,实验台能够合理再现实际采场的热交换过程.     

封闭空间瓦斯爆炸过程的反应动力学分析

为了获取瓦斯爆炸过程中反应动力学参数,通过修改化学动力学计算软件CHEMKINIII中的SENKIN程序包,采用甲烷燃烧的化学动力学详细反应机理(包括16种组分、41个反应),建立了定容弹中瓦斯爆炸过程的计算模型.利用该模型对瓦斯爆炸过程中温度、压力及反应物浓度的变化趋势进行了模拟分析,同时通过对瓦斯爆炸详细反应机理的敏感性分析,找出了影响瓦斯爆炸以及爆炸后部分致灾性气体生成的关键反应步.结果表明:瓦斯爆炸后温度、压力将分别达到2800K,0.24MPa左右;促进瓦斯爆炸的关键反应步为CH3+O2=CH3O+O,CH4+HO2=CH3+H2O2;促进CO与CO2生成的关键反应步为CH3+O2=CH3O+O,CH4+O2=CH3+HO2,CH4+HO2=CH3+H2O2,CH3+HO2=CH3O+OH,H+O2=OH+O.     

矿井自燃火灾超前协同防控技术

针对近距离煤层群开采自燃火灾防控难度大,传统防治理念落后的现状,提出了"超前采矿工程控氧化、超前综合预防控自燃、准确多元探测易治理"的自燃火灾超前协同防治理念,并给出其相应技术内涵。给出了在矿区、矿井、工作面尺度下最优采掘部署方案设计原则;建立了包含自然发火标志性气体临界值,井下原位光谱在线检测、自燃火灾威胁程度评估、气体流场动态平衡多点调控和井上下联合区域性注浆的超前综合预防技术;探索了基于多元电磁方法的隐蔽火源探测技术,指出基于红外遥感、磁法和电法的多元信息探测将是隐蔽火源探测的发展趋势。     

差式扫描量热法在褐煤最易自燃临界水分试验中的应用

在煤的氧化初期,少量的水促进煤的自燃,而大量的水则会抑制煤的自燃。由此可见,存在一定量的水分,能够使煤最易自燃。为探讨水分对煤自然发火的影响,我们采用DSC方法对煤在低温情况下进行分析。差式扫描量热法是程序升温控制温度下,测量输入到煤样和参比样的热流差随温度变化的一种技术。本实验最终得出了100℃以前不同水分对煤氧化初期的定量影响,初步得出了煤最易自燃临界水分。     

煤炭自然发火介尺度分析:从表征体元宏观模型到孔隙微观模型

煤炭自然发火存在明显的介尺度特性,应用介尺度科学理论将煤炭自然发火的微观反应机理与宏观变化特征相关联,有助于推进煤自燃领域的深入研究。首先分析了单煤颗粒、煤颗粒聚团及煤堆3个尺度的区别及相互联系,指出尺度之间正确的信息传递是多尺度模拟的前提,煤自燃领域尺度信息传递的主要方式是"尺度上联"。从数学建模角度提出煤颗粒聚团的本质就是煤堆的表征体元,以表征体元为最小单位的表征体元尺度数值模拟是一种忽略聚团内结构变化的基于宏观数学模型的计算方法,相对应的表征体元内考虑单煤颗粒相互影响的孔隙尺度数值模拟是一种基于微观数学模型的计算方法,由此明确了煤自燃研究中介尺度Ⅱ所在的堆积态煤体层次的物理过程与数学概念。其次基于表征体元尺度的定义,考虑瞬时孔隙率和高温辐射换热特征,建立了连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程和浓度方程,简述了求解过程,指出需要由孔隙尺度模型获取的参数有孔隙率、渗透率、对流换热系数等。接着论述了基于格子玻尔兹曼方程、考虑内部孔隙结构的孔隙尺度微观模型,并用实例展示了采用工业CT技术获取煤岩体孔隙物理结构、3维数字重构及表征体元提取的步骤。最后利用不同尺度之间参数的本构关系,提出从孔隙尺度获取宏观控制方程中孔隙率、渗透率、惯性系数和对流换热系数的尺度上联方法,从数学上实现了孔隙尺度微观模型到表征体元尺度宏观模型之间的信息传递,从而完成了从孔隙尺度到表征体元尺度的多尺度物理建模和数学建模。     

空气含湿量抑制瓦斯爆炸过程的数值模拟

运用化学动力学计算软件Chemkin Ⅲ中的Senkin程序包以及Chemkin 3.7中的Premix程序包,建立巷道内瓦斯爆炸过程的计算模型,其化学反应采用美国lawreuce Livermore国家实验室甲烷燃烧化学动力学详细反应机理,包括53种组分和325个反应.利用此模型对巷道内瓦斯爆炸过程中反应物及爆炸后部分致灾性气体体积分数的变化趋势进行数值计算,分析巷道中空气含湿量对瓦斯爆炸的抑制机理.结果表明,反应过程中活性分子(OH、H、O)的体积分数是影响瓦斯爆炸以及爆炸后部分致灾性气体生成的关键因素;混合气中的水蒸汽对瓦斯爆炸及爆炸后CO、CO2、NO和NO2的生成起抑制作用,随着空气含湿量的增加,该抑制作用得到加强.     

冒落带非均质模型对采场流动传热计算的影响

在采动影响下,采场冒落带内碎岩和遗煤呈现出初始冒落到不断被压实的非均质状况。为了更准确地模拟采场流动换热状况,本文将孔隙率和渗透率视为在二维空间内不均匀分布的连续变量,并建立相应的计算模型。基于多孔介质流动传热模型对典型U型采场流场与温度场进行数值模拟和实测对比。通过给出不同孔隙率模型下的计算结果,表明采空区冒落带的孔隙率分布模型对采场内流动传热模拟结果有较大影响。采用冒落带孔隙率二维连续非均匀模型后,工作面采空区侧的各点温度模拟与实测值相差<0.5℃,因而其结果更符合实际。     

水平管道内固液两相流流动特性的CFD模拟

引言固液两相流管道水力输送技术始于20世纪初,现已广泛应用于能源、化工、石油、矿业、水利、冶金及环保等各工业领域,量化管道内固液两相流流动特性对于指导输送系统的安全运行及优化设计尤为关键。长期以来,两相流复杂的力学特性给