瓦斯在多孔介质燃烧器中燃烧排放物实验研究

基于自行搭建的多孔介质瓦斯燃烧实验系统,设计了3种由不同孔径泡沫陶瓷组合的多孔介质燃烧器并对其开展实验研究,主要研究3种多孔介质组合在不同当量比、不同混气流速下燃烧产物的排放情况。研究表明,瓦斯气体在泡沫陶瓷内部燃烧时,NO的浓度在相同当量比下随混合气体流速的增大而增大,在相同流速下随当量比增大而增大;3种组合的NO排放浓度为组合3最高,组合1最低。CO的浓度高低取决于燃烧温度,排放浓度与NO的正相反。实验结果对瓦斯在多孔介质内燃烧的排放特性有一定参考价值。     

采空区流场模拟中工作面物理模型设置方法探讨

利用Fluent软件,对工作面物理模型考虑为多孔介质区域、真实情况、支架与多孔介质区域,结合使用三种条件下的工作面及采空区流场进行了分析,通过分析流场分布得到合理的工作面物理模型设置方法。结果表明:三种工作面物理模型设置情况下的工作面空间流场分布有很大差别;工作面设置为真实情况、支架与多孔介质区域结合使用时的上隅角瓦斯浓度及采空区流场却相差无几,而将工作面考虑为多孔介质区域时,与其它两种情况相比,其上隅角瓦斯浓度、采空区流场分布有较大差异。因此,若对工作面空间流场分布进行研究时,应根据工作面布置的实际情况(支架、采煤机、刮板运输机等),建立与之相符的物理模型进行求解;若对上隅角瓦斯浓度及采空区流场分布进行研究时,为减少建模的复杂程度,可在工作面设置有支架的基础上,将工作面考虑为多孔介质来处理。     

煤矿瓦斯爆炸阻隔爆技术现状及展望

煤矿主要采用隔爆水棚或岩粉棚来抑制瓦斯爆炸火焰传播,但此类技术仅针对一次性瓦斯爆炸,而缺乏对多次及连续瓦斯爆炸的有效阻隔爆手段。仅注重对燃烧波的淬熄作用,对造成很大破坏的冲击波的衰减效果不足。多孔介质的淬熄火焰和衰减冲击波的效能已得到国内外专家的重视,实验研究了多层丝网和多孔材料如泡沫铝和泡沫陶瓷的阻隔爆效果。泡沫陶瓷作为一种多孔介质,具有开孔率大、耐高温、抗冲击力强的优点。理论分析和实验研究表明,由于壁面的多次撞击效应,多孔介质可以有效地销毁瓦斯燃烧化学反应产生的自由基数量,抑制化学反应的放热,使化学反应不能自持进行,进而淬熄燃烧火焰传播;可以大幅衰减瓦斯爆炸的冲击波强度,起到同时淬熄燃烧火焰和衰减冲击波的作用。多孔介质有望成为煤矿井下一种新型的瓦斯爆炸阻隔爆材料和方法。     

采空区瓦斯涌出源位置对瓦斯分布影响的数值模拟

根据多孔介质渗流理论,利用Fluent软件,分别对采空区瓦斯在整个采空区均匀涌出、上邻近层及底板遗煤涌出2种情况下采空区瓦斯分布规律进行了数值模拟.结果表明:采空区瓦斯为上邻近层及底板遗煤处涌出时,沿走向方向,靠近上邻近层及底板处高体积分数瓦斯距离工作面较近;沿竖直方向,瓦斯体积分数分布呈钩状,靠近瓦斯涌出源处瓦斯体积分数最高;整个采空区均匀涌出时采空区瓦斯体积分数分布与上邻近层及底板遗煤涌出时有很大差别.因此,为了得到更符合实际情况的瓦斯分布规律,数值模拟时应按照现场实际的瓦斯涌出源位置建立模型.     

松散破碎岩石中气体渗流影响因素实验研究

由于储煤仓结构设计较为封闭,通风效果较差,导致煤仓内部残存瓦斯不能有效地排放,极易造成煤仓内瓦斯超限。通过对原煤仓内部空气渗流规律进行研究,可以对其进行合理地通风,从而有效地治理瓦斯超限问题。实验采用玻璃球体和碎石子作为填充介质,采用单一变量法研究了非均质各向同性多孔介质的渗流规律,以及非均质各向异性多孔介质的渗流规律。在此基础上得出,随着粒径和渗流速度的增加,渗透压力梯度也在增加;同时,随着粒径的增大,渗流状态由线性渗流转变为非线性渗流,渗流速度不断地减小,其渗流速度与压力梯度均呈现非线性变化规律。     

海底埋地热油管道泄漏扩散的数值模拟

采用有限容积法建立海底饱和含水淤泥多孔介质的流固耦合传热模型。利用FLUENT软件数值模拟了海底埋地输油管道输送过程中海泥温度场变化及原油在海泥中的分布规律。分析了原油泄漏后在海水中的分布规律。对泄漏后海泥温度场的模拟表明:管道泄漏后,一定时间内管道周围海泥温度波动比较剧烈,由于受海底温度的影响,泄漏前锋原油温降较快,热影响区范围变化逐渐趋于平稳。且随泄漏位置的不同,海泥温度场变化及海泥原油分布差异较大。当原油从海底海泥介质中到达海水底层后,在海水浮力的作用下流向海面,流动过程受到海水流动速度海平面风速等因素的影响。为以温度传输为基础的海底埋地管道泄漏检测提供了一定的理论基础。     

基于多孔介质流固耦合计算的浅层流工程危害预测

依据某深海区断块油气藏的地质相关数据,基于地层多孔介质变形机理和多孔介质流固耦合理论,在ADINA软件中通过组合应用Parasoid建模方法,建立三维实体元模型,通过建立固体与流体模型、加载荷载以及选择模型参数,分析地层变形情况,计算不同参数下的井眼流速,从而进行钻遇浅层流时的灾害预测。     

转盘过滤器流场模拟及过滤压降的研究北大核心

转盘过滤器在工业水处理中应用广泛,为了提高转盘过滤器的过滤效率,通常是通过获得更高的过滤速度和更低的过滤压降来实现。针对这一问题,在对转盘过滤器进行简化的基础上,利用CFD软件FLUENT,采用DPM模型,对过滤单元进行数值模拟,直观地了解其流场形态,速度分布,过滤介质两侧的压力变化情况以及颗粒的分布情况;并通过Blake-Kozeny方程进行计算得到一组多孔介质参数,定性地分析过滤速度以及过滤介质与过滤压降的关系。对结果进行分析,得到提高转盘式过滤器过滤性能的一些结论。     

瓦斯气体在煤层中的扩散机理及模式

根据气体在多孔介质中的扩散模式 ,结合煤结构的实际特点 ,分析了瓦斯气体在煤孔隙中的扩散机理 ,得出瓦斯在煤体中几种扩散模式 :菲克型扩散、诺森扩散、过渡型扩散、表面扩散和晶体扩散。从微观上看 ,影响瓦斯气体在煤层中扩散的主要因素是瓦斯气体的平均自由程和煤不同尺寸微孔隙的分布情况。根据不同孔隙分布的煤层 ,探讨了各种扩散模式的适用条件     

回采工作面及采空区瓦斯运移的数学模型及数值模拟研究

为更真实可靠地还原回采工作面及采空区内流场和瓦斯场的分布特征,基于回采工作面和采空区不同的介质属性,并考虑瓦斯扩散能力的差异,建立了各自的强耦合多物理场数学模型,并给出了瓦斯涌出所满足的质量通量边界条件。采用COMSOL Multiphysics构建了强耦合的自由和多孔介质流动以及自由和多孔介质稀物质传递等物理场,以龙煤矿业集团股份有限公司双鸭山分公司的东保卫井田二水平一采区36号煤-570左面为研究对象,研究了回采工作面及采空区稳态下的瓦斯运移特征。结果表明:采空区浅部瓦斯体积分数较小但梯度较大,且随着采空区向深部延伸,瓦斯体积分数的梯度逐渐降低,但其数值逐渐增大并趋于稳定;另外,采空区内实测的瓦斯体积分数分布与数值模拟结果具有较好的一致性,验证了建立的回采工作面及采空区瓦斯运移的数学模型和数值模型的可靠性和准确性。     

应用多孔陶瓷滤料治理环境污染

综述多孔陶瓷的类型与特性、制备的原料与方法以及表征多孔陶瓷孔特性的参量;研讨多孔陶瓷在环境污染治理中的应用和原理;简介笔者正在研究的轻质多孔陶瓷滤料、表面改性陶瓷滤料。采用多孔改性陶瓷滤料,结合聚结过滤和光催化技术,分别处理油田开采水和有机污染废水,其中的试验结果显示,聚结过滤工艺对油和悬浮物的去除率分别达到了90%和96%以上,出水水质能达到含油废水回注水的国家A1标准。从而拓展了陶瓷滤料的应用领域。     

采空区渗透率分布对流场的影响

根据多孔介质渗流理论,利用计算流体力学软件Fluent,设定采空区渗透率为均匀分布、分段均匀分布和连续性分布,分别模拟这3种情况的采空区漏风流场。当渗透率均匀分布时漏风量小,自燃带靠近工作面。渗透率分段均匀分布时,速度在分区界面上产生跳跃。采空区渗透率连续分布条件下的漏风分布与假设分段均匀分布和均匀分布条件下的漏风量、漏风风速分布和自燃三带的位置和宽度有很大差别。结果表明,只有采用更能如实反映采空区岩石冒落和压实规律的渗透率分布,得到的采空区的风流流动规律才更符合实际。     

Experimental study on methane explosion characteristics with different types of porous media

Porous media has a significant effect on flame and overpressure of methane explosion. In this paper, the pore diameter and thickness of porous media are studied. Nine experimental combinations of different pore diameter and thickness on the propagation of flame and overpressure of methane explosion in a tube are analyzed. The results show that the porous media not only can suppress the explosive flame propagation, but the porous media with large pore diameter can cause deflagration and accelerate the transition of flame from laminar to turbulent. The pore diameter of the porous media mainly determines the quenching of the flame. Simply increasing the thickness of porous media may cause the flame to temporarily stop propagating, but the flame is not completely extinguished for larger pore diameter. However, the deflagration propagation speed of flame is affected by the thickness. The attenuation of overpressure by porous media is mainly reflected in reducing the duration of overpressure and the peak value of overpressure. The smaller the pore diameter, the greater the thickness, and the more remarkable the reduction in overpressure duration and peak value. Suitable pore diameter and thickness of porous media can effectively suppress flame propagation and reduce the maximum value and duration of overpressure.     

不同裂隙对煤层热流耦合现象的影响

煤炭在构造应力的作用下会产生不同形状的裂隙,不同的裂隙会对煤层内的流动与传热产生影响。以阜新市高德煤矿为例,建立二维物理模型,采用两区域方法构造控制方程组,运用计算机软件对四种裂隙下煤层的流场和温度场进行数值计算。计算结果表明:不同裂隙对煤层流场的影响主要在空气流动侧,对煤层区域影响很小;不同裂隙对煤层温度场的影响主要在裂隙界面上,对外界空气和煤层内部的影响均很小;不同裂隙条件下煤层壁面平均努谢尔特数曲线的契合度随着瑞利数的增加而不断降低,相比标准界面,其他三种界面的煤层壁面平均努谢尔特数值基本一致。研究结果可为煤矿的安全开采提供理论性指导。     

采空区遗煤自燃过程及其规律的数值模拟研究

基于非均质多孔介质中的连续性方程、多相气体渗流———扩散方程和综合传热方程,建立了工作面动态推进下的采空区自燃数值模型。结合实例,从理论上描绘了工作面开采过程中采空区的漏风流态、氧、CO、瓦斯和温度等分布状态及其动态过程。计算中考虑了瓦斯涌出对自燃的耦合作用;工作面动态推进对自燃的影响,以及沿边界冒落非压实性对漏风供氧、自燃高温区产生的影响。从理论上重点讨论了采空区自燃与各因素的定量化关系,得出自然发火期与煤氧化速度、工作面风量二者均呈显著的反比例关系;对于综放工作面采场漏风供氧系统,自然发火期主要取决于煤的耗氧能力,提高工作面风量仅能扩大自燃高温区的范围,增大自燃的发生几率;提高推进度能显著延长采空区自然发火期,呈指数变化。     

不同粒径易自燃煤常温氧化实验研究*

为探究易自燃煤在常温条件下的氧化特性,自行设计煤常温封闭氧化实验装置,采用实验研究与回归分析2种方法,分析易自燃煤发生氧化反应的气体变化过程,探究3种粒径煤样在20 ℃有限空间内的耗氧与产气特征。结果表明:易自燃煤样在16 d常温封闭氧化过程中,容器内O2体积浓度呈指数衰减、CO和CO2体积浓度呈指数增长的变化规律;在0.06~0.83 mm范围内,粒径越大,易自燃煤耗氧速率越大,CO和CO2产生速率则先增大后减小;介于中间的粒径为0.13~0.25 mm易自燃煤氧化反应最强烈,更容易发生氧化。研究结果对揭示生产环境温度下煤粒粒径对煤自燃的影响有一定的意义。     

均匀流送风对喷烤漆房污染物扩散研究

喷烤漆房内的污染物传播及火灾控制是喷烤漆房设计和使用时的重中之重,设计有效、合理的通风系统可很好地规避这一问题。以某喷烤漆房为原型建立了物理模型,应用数值模拟方法构建了喷漆过程中污染物扩散过程,并研究了产生均匀流的通风系统设计以及不同均匀流速对污染物扩散的影响规律。研究表明,采用纤维布形式可简单高效地构建静压箱结构形成均匀流。文中还建立了纤维布、过滤棉多孔介质模型,结果表明当均匀流速度为0.91 m/s时,喷漆人员面部附近的甲苯浓度降至喷射浓度的0.02%,远低于危害值。     

高炉喷吹煤评价及配比优化

为了提高某钢厂高炉喷吹煤粉的燃尽率,并实现混煤喷吹的配比最优化,采用热重分析和沉降炉试验研究方法,对单种煤的物化和燃烧性能进行了评价,在此基础上对不同配比的配合煤进行燃烧性能评价。研究结果表明,根据着火点最低和燃尽率最高的选取原则,配合煤的最佳优化配方为:52%混合无烟煤+40%烟煤+8%焦粉,燃烧效果良好。     

不同孔隙率对采空区自燃的影响规律研究

为探究煤矿采空区在不同孔隙率条件下对煤自燃环境的影响,基于多孔介质渗流特性的相关理论,以煤矿综采工作面为原型建立了U型通风采空区三维模型和渗流数学模型,利用Fluent软件对采空区以不同的孔隙率大小和分布方式进行数值模拟计算,从而得到采空区的漏风和氧气浓度的分布状态,以及氧化带的位置变化情况,进而研究不同孔隙率对采空区煤自燃环境的影响规律。研究表明:采空区漏风主要源于工作面下隅角处,进入采空区的漏风量大小与采空区的孔隙率有关。孔隙率越大,靠近工作面的漏风流速越大,氧气浓度越高,而深入采空区,孔隙率大小对采空区漏风影响越小,氧化带随着孔隙率的增大不断向采空区深部移入;孔隙率分布方式对采空区漏风速度的影响较大,且距离工作面越近影响越大,采空区深部则差别不大。     

碱性水对煤自燃特性影响实验研究

为了研究碱性水对煤自燃特性的影响，选取葫芦素煤矿102工作面煤样作为实验煤样，利用STA-449C型同步热分析仪进行热重实验，研究加入PH=8 NaOH的煤样与原煤以及加入蒸馏水煤样在空气氛围中燃烧失重、放热量、特征温度点等变化规律，并根据Coats-Redfern积分模型计算了3种煤样燃烧反应动力学参数（活化能、指前因子）。研究结果表明:加入碱性水的2号煤样失重量较1，3号少，燃烧失重速率更低；2号煤氧化燃烧温度区间缩短，着火温度点升高，放热量少，比1，3号煤分别少485.0，480.4 J/g；3种煤样反应机理基本遵循一级化学反应函数，2号煤各段活化能高于1，3号煤，但2号煤失水活化能小于3号，表明碱性水具有抑制煤自燃效应。