检索结果-南通市图书馆

作者：樊思雨湖南科技大学

学位级别：硕士

在矿井开采的地下通风系统中,由于地热的作用,其排风状态参数基本恒定在湿度90%、温度25℃左右,其中蕴藏了大量低品位能量,直接排放入大气造成了无形的资源浪费及粉尘污染等环境问题。通过热泵技术提升品位而回收矿井排风中低品位能量,... 详细信息

在矿井开采的地下通风系统中,由于地热的作用,其排风状态参数基本恒定在湿度90%、温度25℃左右,其中蕴藏了大量低品位能量,直接排放入大气造成了无形的资源浪费及粉尘污染等环境问题。通过热泵技术提升品位而回收矿井排风中低品位能量,可以供给矿区用热,减少碳排放及大气污染。在现有的矿井排风热回收技术中,通常采用主通风机扩散塔内排风流与水直接接触式换热,低成本提取能量,同时兼有除尘作用。目前,液滴群运移与热湿传递耦合作用等相关基础研究明显滞后,对湿传递、不可逆传递过程的形成机理研究不足,难以满足指导装置实现能量高效提取的需要,故有必要深入研究液滴群与矿井排风流热湿能量不可逆传递过程的理论问题。首先针对矿井排风热湿能量提取装置内换热载体——液滴群的粒径分布表征问题,引入分形理论,推导了液滴群累积体积占比和液滴粒径的标度关系式,其特征参数为分形维数。进一步开展了非受限空间雾化试验,测定了三种压力型喷嘴的沿程液滴群粒径分布,揭示了液滴群粒径分布的自相似性,其分形维数在1.5～3之间。喷嘴供水压力增加,液滴群平均直径减小,分形维数增大。同时,明确了低速湍流对雾化区的气水耦合的强化效应,其最佳速度范围为1.5～4.5 m/s。进一步,引入分散相分数表征液滴群体作用力,构建了受限空间内液滴群运动数学模型。然后,采用四阶-五阶Runge-Kutta算法对其进行迭代运算,结果表明:液滴群体作用对每个单一液滴形成了一种阻力对抗力,使得液滴在其运移方向上运移速度衰减变慢,运移距离增加,故将其定义为类润滑作用。类润滑作用随着液滴直径的增大而增强,当D=300μm时,最大运移距离增加0.167 m,增幅为53.53%;当D=900μm时,最大运移距离增加1.809 m,增幅可达143.32%。最后,基于液滴群粒径分布及其流动特性,构建了高湿空气与低温液滴群的NTU-Le数学模型、Entransy分析模型,开展了受限空间热湿能量传递试验。结果表明:在高湿空气—液滴群热湿传递过程中,当水气比大于0.2时,NTU大于0.1,高湿空气进行减湿冷却,最高温度减少6.3℃,含湿量降低3.12 g/kg。在高湿空气的减湿冷却过程中,Le皆偏离于1,Le与其Entransy耗散热阻呈正比关系。当Le逼近于1,Entransy耗散热阻逼近于0。在工程应用中,为避免风速过大,液滴群发生超细雾化造成隐形水损失,水气比应大于0.2,风速不大于4 m/s。开展分形液滴群与矿井排风流热湿能量不可逆传递过程理论研究,解决了液滴群时空分布表征和不可逆热湿传递方面的科学问题,丰富了现有理论,进一步为解决矿区冬季井筒防冻耗能与直排能量浪费之间的剪刀差问题,提供了技术手段,优化了矿区的生产结构和能源结构,实现了矿区节能减排,并助力实现碳中和。

关键词：矿井排风热湿能量液滴群分形理论 Entransy耗散理论

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排风流能量品位提升循环与热回收系统运行优化

引用

煤矿安全 2023年第1期54卷 94-100页

作者：钟发清张艺才陈世强蒋加川吴朋广西人防工程设计咨询有限公司广西南宁530000 湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411100 中建三局集团有限公司一公司湖北武汉430000 桂林航天工业学院能源与建筑环境学院广西桂林541004 不详

如何提高矿井排风流热回收系统的热工收益,属于绿色矿山技术中前沿问题。为了解决该问题,围绕用于排风流热湿能量品位提升中的空气热泵,基于有限时间热力学,得到不可逆变温热源循环方程组,推导出了关于环境温度的火用利润率解析式,定义... 详细信息

如何提高矿井排风流热回收系统的热工收益,属于绿色矿山技术中前沿问题。为了解决该问题,围绕用于排风流热湿能量品位提升中的空气热泵,基于有限时间热力学,得到不可逆变温热源循环方程组,推导出了关于环境温度的火用利润率解析式,定义了无量纲火用利润率表达式;利用该表达式,结合实际工况,对6个城市最不利供给时段的无量纲火用利润率,进行了逐日和逐时对比。结果表明:排风流热回收系统适用的地域呈气候分区特征,特别适宜于温带大陆性气候区;而亚热带季风性气候区,单日火用利润率函数的变化曲线大致呈“M”型,且排风流热回收系统运行过程中产生的收益不稳定,因此,需制定热回收系统的启停策略,以避免持续运行产生亏损。提出了一种启停控制方法,数值计算而得到应用该方法前后的系统收益;经对比,在采用该控制方法后,经济收益显著提高,无因次火用利润率最高可从-0.33提高至0.02,增量达0.35。

关键词：排风流热湿能量布雷顿循环火用利润率环境温度

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