高温矿井回采工作面煤壁传热传质特性研究

作     者：王洪中 

作者单位：中国矿业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄炜

授予年度：2016年

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

主      题：高温矿井 回采工作面 传热传质 不稳定换热系数 

摘      要：随着煤炭开采深度的不断延伸,矿井工作面呈现的高温热害问题不容忽视。本文研究采煤工作面煤壁传热传质特性及煤壁与风流的换热机理,对于矿井采煤面的热害治理,有效调节采煤工作面的高温环境,创造符合安全规程规定的井下工作环境具有重要意义。本论文对回采工作面煤壁与风流之间传热理论与传质理论进行分析,建立了湿润壁面的数学换热模型。通过对湿润壁面和风流的换热研究,用显热微分表达式和潜热微分表达式表示的总换热量方程与用不稳定换热系数和其他散热量表示的总换热量方程联立,求得不稳定换热系数的理论关系式。在理论分析的基础上,对高温矿井开采工作面井巷气象参数的实测,分析不同开采时期矿井下的温度、湿度和热量的变化规律以及季节对矿井风流的影响。根据实际矿井条件参数,相关传热传质理论和相似理论,建立了矿井回采工作面物理实验模型,设定实验参数,模拟回采工作面风流的温度和湿度分布规律,分析了矿井回采工作面湿润壁面与风流的传热传质特点。煤壁与风流的换热是一个不稳定的换热过程,沿着风流方向的热量交换过程为:初始阶段换热较强烈→逐渐减弱阶段→最终丧失换热能力。通过简化计算得到显热交系数和潜热交换系数的关系,据此关系计算得出矿井中煤壁与风流的热交换潜热量约为显热量的四倍。对不稳定换热系数随风流相对湿度、风速、风流温度、壁面温度变化关系分析,得出煤壁与风流的不稳定换热在很大程度上取决于风流中潜热量的变化。另外,运用正交实验方法分析,得到不同因素对不稳定换热系数的影响程度为:风速壁面温度风流相对湿度风流温度。最后,根据不稳定换热系数理论研究与实验研究,综合考虑各参数对在不稳定换热影响,得到回采工作面的不稳定换热特性并拟合出有效换热区间内的不稳定换热系数图,为计算矿井冷负荷提供依据。