煤自燃溫度場的數(shù)值模擬.pdf

1、煤層自燃嚴(yán)重影響著煤炭工業(yè)發(fā)展，給礦井生產(chǎn)帶來極大安全隱患。由于實(shí)際條件下的煤自燃過程很難描述清楚，使得煤層自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報技術(shù)的發(fā)展受到嚴(yán)重制約，當(dāng)務(wù)之急是建立有效完善的預(yù)測煤炭自然發(fā)火的機(jī)制。根據(jù)煤田自然發(fā)火的形成機(jī)制機(jī)理，煤炭自燃的必要條件有三點(diǎn)：1煤具有自燃傾向性且呈破碎狀態(tài)堆積；2有連續(xù)的通風(fēng)供氧條件；3熱量易于積聚；其充分條件為：持續(xù)一定的蓄熱時間。我校煤炭科學(xué)專業(yè)運(yùn)用小型試驗(yàn)爐對大型的礦山煤場進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)M統(tǒng)計實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，再用

2、簡單的曲線擬合近似求解煤溫變化情況，在煤充分接觸氧氣時溫度達(dá)到一定值時將自然發(fā)火（不同煤樣燃點(diǎn)不同）。利用優(yōu)化算法以及計算機(jī)的數(shù)值模擬方法能更加精確的探究煤炭的發(fā)火過程以及溫度變化情況。論文研究意義在于用數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)代替實(shí)際爐體發(fā)火實(shí)驗(yàn)，使得煤自燃發(fā)火過程能更加直觀。
　　本文從二維煤自然發(fā)火實(shí)驗(yàn)數(shù)學(xué)模型入手，以西安科技大學(xué)煤自然發(fā)火試驗(yàn)臺為依托，通過定性條件，如爐體主要結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，供風(fēng)條件，煤樣條件等的確定，以及對模型建立的影響因

3、素較小的基本假設(shè)，建立了三維煤自然發(fā)火的數(shù)學(xué)模型。建立的三維煤自然發(fā)火數(shù)學(xué)模型是三維多場耦合條件下的對流擴(kuò)散反應(yīng)方程組，在加入適當(dāng)初始條件和邊界條件后，歸納為一個三維非穩(wěn)態(tài)條件下的對流占優(yōu)擴(kuò)散反應(yīng)方程。將經(jīng)驗(yàn)放熱強(qiáng)度，耗氧速率帶入三維對流擴(kuò)散方程，數(shù)值模擬過程主要用到有限元方法，為了提高計算準(zhǔn)確度和收斂速度，本文引入了特征有限元方法二重網(wǎng)格算法。通過對實(shí)驗(yàn)爐體的分層遍歷求解，數(shù)值模擬出在特定實(shí)驗(yàn)條件下棗泉煤樣的溫度場變化情況。
　

4、　在使用特征有限元方法解決一定邊界條件下的煤自燃溫度場控制方程模擬煤溫的自然變化趨勢后，數(shù)值模擬出的是一組具有動態(tài)變化規(guī)律的空間對應(yīng)溫度值。實(shí)現(xiàn)的可視化軟件設(shè)計了導(dǎo)入數(shù)據(jù)的接口，可直接導(dǎo)入ACCESS，EXCEL等模擬及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過虛擬的煤自然發(fā)火平臺，重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程，軟件通過OpenGL實(shí)現(xiàn)三維爐體動態(tài)溫度場的變化規(guī)律界面，并能實(shí)現(xiàn)在某一時間點(diǎn)最高煤溫數(shù)據(jù)導(dǎo)出。
　　用煤溫測試裝置測得煤堆中一些特定點(diǎn)的瞬態(tài)煤溫的變化溫度后對比了