含內(nèi)熱源松散煤體熱質(zhì)耦合數(shù)值模擬研究.pdf

1、露天自然堆積煤堆的自燃發(fā)火是煤礦安全生產(chǎn)的主要威脅之一，由于露天煤堆面積大，松散煤的堆放形態(tài)各異，自燃發(fā)火的時間和位置隨機因素大，而研究松散煤體內(nèi)部熱質(zhì)耦合的一些規(guī)律對預防上述礦區(qū)位置松散煤堆的自燃發(fā)火有一定幫助。
　　本文根據(jù)含內(nèi)熱源松散煤體物理模型建立松散煤多孔介質(zhì)內(nèi)部熱質(zhì)耦合數(shù)學模型，運用適體坐標系中的代數(shù)法對不規(guī)則的梯形物理求解域進行網(wǎng)格劃分，將物理求解與網(wǎng)格節(jié)點數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化到矩形計算求解域，通過C＃編寫網(wǎng)格生成算法和Simp

2、le算法對建立的數(shù)學模型進行求解。根據(jù)求出的數(shù)值解分析研究松散煤體內(nèi)部溫度和濕度的變化，松散煤體孔隙中氣相在內(nèi)部熱源作用下的流動情況，在熱源作用下松散煤體孔隙中非飽和液相水隨時間的蒸發(fā)，以及氣相的自然對流等情況。
　　根據(jù)對數(shù)學模型數(shù)值解的分析，結(jié)果表明，含非飽和液相水的松散煤體在內(nèi)熱源作用下，以熱源為中心的溫度和水蒸氣相體積分數(shù)縱向呈橢圓形分布規(guī)律，即縱向溫度變化和水蒸氣相體積分數(shù)均比其在橫向的變化要快，這種現(xiàn)象在內(nèi)部熱源控制溫

3、度較低時變化不明顯，但會隨著內(nèi)熱源控制溫度的升高而愈加顯著，在內(nèi)部熱源控制溫度由50℃到350℃的變化過程中，在熱源縱向0.4m和橫向0.3m處的最大溫度差超過10℃，且在熱源附近氣相流速的最大值已達到10-3m/s這一量級，熱源附近存在明顯的自然對流。同時，將數(shù)值解與在fluent中得出結(jié)果進行對比結(jié)果基本吻合。通過綜合分析松散煤體內(nèi)部在溫度不斷升高的熱源的作用下，隨著液相水的蒸發(fā)、氣相的質(zhì)擴散和熱彌散等因素的影響，得出在熱源附近松散