地铁站内空气幕防烟效果的数值模拟研究

地铁站内站台层发生火灾时,站台层的烟气会通过站台层到站厅层的楼扶梯蔓延至站厅层。为了研究楼扶梯口处设置空气幕对站台层烟气的阻挡效果,进行了数值模拟研究。主要研究空气幕的出口风速,出口射流角度对烟气的阻挡效果。设置的空气幕风速有3m/s,4m/s,5m/s,10m/s;设置的角度有0°,15°,30°。通过模拟对比空气幕前后温度变化,得出风幕风速为4m/s或者5m/s时即可较好阻挡烟气。角度为15°的空气幕比0°和30°的空气幕挡烟效果好。     

隔爆水幕对瓦斯爆炸传播规律影响的试验研究

为研究自制隔爆水幕抑制瓦斯爆炸的有效性,采用大直径瓦斯爆炸试验管道系统,在不同瓦斯浓度和不同水幕流量条件下进行瓦斯爆炸试验,利用数据采集系统测量瓦斯爆炸特性参数并对其变化规律和隔爆效果进行分析。结果表明:瓦斯浓度9.5%时经过隔爆水幕抑制作用,瓦斯爆炸压力峰值由64 kPa下降到39 kPa,衰减了39%;温度峰值由969 K下降到498 K,衰减了49%;速度最大值由136 m/s下降到73 m/s,衰减了15%。虽然隔爆水幕对不同浓度瓦斯产生的爆炸起到良好的抑制效果,但隔爆之后的传播规律依然受到瓦斯浓度影响。隔爆水幕对瓦斯爆炸的抑制效果取决于喷水流量的大小,随着流量的增加,水幕的隔爆效果增强,喷头最佳的工作流量为16.4 L/min。     

温度效应下煤体吸附瓦斯热力学及动力学特征

为研究煤体与瓦斯相互作用的热力学与动力学特征,利用自主研发的煤系气流固耦合试验平台,开展298、308、318、328、338 K温度点煤体等温吸附试验,分析温度效应下煤体吸附瓦斯热力学参数、吸附动力学特征。试验结果表明：随温度升高,煤体瓦斯吸附量逐渐降低,等温吸附曲线符合Langmuir型变化规律;煤体等量吸附热随吸附量的增加而增大,变化范围为-10.191～-7.127 kJ/mol;煤体吸附瓦斯为放热物理过程,温度升高抑制煤体吸附瓦斯能力,煤体极限吸附热为-11.369 kJ/mol;不同温度吸附自由能和吸附熵均小于0,分别为-6.958～-2.452 kJ/mol和-14.085～-12.607 J/(mol·K);动力学模型拟合中,吸附平衡时的瓦斯吸附量随温度升高而降低,吸附速率常数与温度呈正线性关系。煤体吸附瓦斯为动态放热过程,随温度升高,瓦斯气体分子能量逐渐大于煤体孔隙吸附势能,吸附质态瓦斯逐渐转变为游离态瓦斯,煤体吸附瓦斯能力下降。     

基于空气幕与排烟系统的隧道火灾烟气控制研究*

为研究隧道火灾时空气幕与排烟系统复合模式下的烟气蔓延规律,优化选择防排烟方式,以某越江隧道为研究对象,运用FDS数值模拟方法探究射流速度、排烟量和空气幕与排烟口间距对防排烟效果的影响。结果表明:空气幕与排烟口间距对射流特性与烟气蔓延有较强影响,间距为30 m的控烟效果最佳;空气幕与机械排烟复合作用的控烟效果远优于每个独立系统,可实现可靠挡烟和有效排烟;当火源功率20 MW时,随空气幕射流速度的增加挡烟效果有所增加,但射流速度不宜过大,取20~30 m/s;机械排烟对温度与可见度影响比空气幕作用效果显著,一定程度上增加排烟量可降低所需气幕射流速度;综合考虑防排烟的有效性和经济性,取射流速度为20 m/s、排烟量为100 m3/s为最优防排烟组合方式。     

不同温度下煤粒瓦斯扩散特性试验研究与数值模拟

为探索温度对煤粒瓦斯扩散特性的影响,利用瓦斯吸附/扩散仪分别对不同温度下的等温吸附,同温同压初始条件下的煤粒升温瓦斯扩散,同压不同温初始条件下的恒温煤粒瓦斯扩散进行试验研究。试验结果表明:同温同压初始条件下的等效扩散系数随温度升高呈指数关系增大。同压不同温初始条件下的恒温综合扩散系数随温度升高呈先增大后降低的变化趋势。温度升高时,温度与初始吸附量对综合扩散系数具有相反的影响作用趋势。不同温度下,相同时间内的扩散量取决于二者的配比关系。建立温度影响下的理论扩散方程,数值模拟不同温度下的全过程扩散特征。计算结果表明:随着时间延长,各温度下的恒温扩散曲线呈多点交叉状态,符合试验关系。     

煤矿水平巷道火区瓦斯爆炸易爆区域判定研究

为解决高瓦斯易自燃煤层火区封闭与启封时常发生瓦斯爆炸的问题,通过试验分析得出瓦斯爆炸界限影响因素,并采用COMSOL数值软件研究水平巷道火区气体分布规律,从中提取温度场与浓度场数据。根据试验数据,判定火区易爆点及易爆区域。结果表明:瓦斯爆炸界限随着温度的升高及CO的混入均扩大;注入N2与CO2后,失爆氧体积分数分别为13.4%和15.8%;火区封闭初期未形成易爆区域,随着火区封闭的进行,易爆点逐渐向爆炸三角形移动,当封闭至入口,风速为0.1 m/s时,易爆点移至三角形内部,火区形成易爆区域,其位于火源上风侧距火源点10.45 m处;温度对瓦斯爆炸界限影响较CO浓度影响大。     

初始瓦斯浓度对爆炸温度影响实验研究*

为探索瓦斯爆炸过程中温度变化规律,基于球形爆炸实验,研究不同初始瓦斯浓度条件下爆炸温度及爆炸温度与爆炸压力之间的相互作用关系。结果表明:随初始瓦斯浓度升高,在6.5%(低浓度)、9.5%(当量浓度)、12%(高浓度)时出现爆炸温度极大值,分别为995,932,1 153 K;爆炸过程中温度延迟时间及升温时间与初始瓦斯浓度曲线均呈U型变化,当初始瓦斯浓度约为9.5%(当量浓度)时,温度延迟时间及升温时间变化较小;当初始瓦斯浓度在爆炸上限浓度（16%）和下限浓度（5%）附近时,受瓦斯浓度影响变化较大;初始瓦斯浓度在9.5%时,瓦斯爆炸过程中的压力波促进火焰燃烧波的反向传播,出现二次升温现象。研究结果可为完善瓦斯爆炸温度变化机理、提高灾害防控技术提供依据。     

不同防排烟方式下车厢火灾烟气运动的数值模拟研究

为了揭示车厢内部火灾烟气在不同防排烟方式下的迁移特征,优化选择最优防排烟方式,运用火灾动力学软件FDS对CRH2A动车组的一节车厢进行模拟计算。分别采用机械排烟系统、空气幕系统及二者复合系统对车厢内烟气进行控制,对比分析不同排烟系统下车厢内烟气温度、烟气层高度和烟气浓度的变化规律。结果表明:随着排烟量的增加排烟效果显著增大,但排烟量不宜过大,当固定功率为0.2 MW时,V2=0.87 m3/s排烟效果最佳;空气幕在一定程度上可以阻挡烟气蔓延至相邻车厢,机械排烟在降低烟气温度与浓度方面的效果比空气幕系统明显;每个独立系统的控烟效果远不及二者复合系统效果明显。综合考虑防排烟的有效性和经济性,在本文设定工况下,V1=1.12 m3/s、V2=1.62 m3/s为最优防排烟组合方式。     

风门对矿井火灾烟气流动特性影响的数值模拟研究*

为研究巷道内风门开启程度对矿井火灾烟气流动特性的影响,使用火灾动力学模拟软件FDS模拟0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0 m/s 6种通风风速,以及风门开启1/4,1/2,3/4和全开启4种情况对巷道火灾烟气流动特征参数温度和能见度的影响。结果表明:风速0.5,1.0 m/s 时,风门开启1/4最有利于人员逃生;风速1.5 m/s时,风门开启1/2最有利于人员逃生;风速高于1.5 m/s时,风门关闭影响巷道内风流流动,因此不宜关闭风门;在风门全开启时,随着风速增大,火源上风侧的温度降低、井下能见度升高,烟气的逆退距离缩短,当风速2.5 m/s时各监测点温度最稳定。     

温度对瓦斯流动及全过程煤体变形的影响研究

为揭示不同温度下瓦斯吸附-解吸-渗流全过程煤体变形的差异性,应用自主研发的煤体瓦斯流固耦合试验系统,研究三轴应力加载下瓦斯吸附-解吸-渗流及全过程煤体变形随温度变化的响应特征。试验结果表明：瓦斯吸附阶段,煤体变形量与吸附时间呈Langmuir型上升变化;瓦斯解吸阶段,煤体变形量与解吸时间呈指数型衰减趋势;瓦斯渗流阶段,煤体变形量与时间呈幂函数上升趋势。瓦斯吸附量、渗透率及过程中煤体变形量均随温度升高而降低,瓦斯解吸率随温度升高而增大;煤体变形量与瓦斯吸附量、解吸量、渗透率呈正相关关系。温度效应对全过程煤体变形具有显著影响。     

热效应对焦煤甲烷解吸迟滞特征的影响研究*

为揭示煤中甲烷气体的储运机制,选取井下煤样研究不同温度条件下甲烷气体的等温吸附解吸实验。基于Langmuir模型、等量吸附热计算模型和解吸迟滞系数对实验数据进行分析,研究煤中甲烷气体解吸迟滞现象的热力学特征。结果表明:随温度升高,Langmuir模型得到的吸附常数均呈下降趋势;甲烷解吸迟滞现象明显,迟滞程度随温度升高缓慢下降;受解吸迟滞效应影响,相邻温度区间内吸附曲线的等量吸附热较为相近,不同温度区间内解吸曲线的等量吸附热高于吸附曲线,差异显著;解吸迟滞现象影响煤层甲烷含量预测的准确性,并且解吸曲线的热力学特征规律性较差。     

侧向风速作用下聚氨酯泡沫双火源火蔓延研究

为探究环境风作用下逆向双点火源聚氨酯泡沫火蔓延及融合行为,开展多组对照实验并从材料传热机理角度分析侧向风速对火蔓延行为中火羽流形态、质量损失和辐射热流场等特征参数的影响。结果表明:风速与上述参数之间存在非线性关系。环境风效应使火焰被拉长且敷贴于预热区表面,增大预热区面积和热反馈;侧向风速的增加对FPU板材质量损失的影响逐渐弱化,且板材的熔滴率与风速呈正相关;无论侧向风是否存在,两侧逆向火焰融合后均达到整个蔓延过程中的峰值温度;风速的存在限制了火焰温度与辐射热通量峰值,也缩短了温度和辐射峰值出现的时间。     

二氧化碳与水预处理煤样对甲烷吸附热效应特性的实验研究

研究煤体吸附甲烷的热效应对于深入揭示煤层气在煤表面的吸附机理有重要意义。通过C80微量量热仪测试了无烟煤、焦煤、褐煤在二氧化碳与水预处理前后的甲烷吸附热力学参数,得到甲烷的等温吸附曲线和吸附热曲线,并建立了甲烷吸附量—吸附热定量模型,从能量角度解释了煤样预处理前后对甲烷的吸附特性。研究结果表明:经二氧化碳与水预处理后,煤样对甲烷的吸附量以及吸附过程产生的微量吸附热均有所增加,且预处理对煤体造成的影响主要体现在能增大其表面孔隙结构。     

换热器不锈钢换热管束开裂原因分析

一台换热器换热管束发生了开裂泄漏.采取全面检验的方式,通过宏观检查、化学成分分析、断口微观形貌和能谱分析、金相分析等方法,对换热管开裂原因进行了分析.结果表明:该换热管开裂为氯化物应力腐蚀开裂.壳程介质循环冷却水中CI元素含量是应力腐蚀开裂的主要因素,结构缺陷、敏感的工作温度区间、水中溶解氧和含S杂质导致了应力腐蚀的快速发展.     

胶结充填体水化放热规律及其影响研究

为了研究充填采矿法中胶结充填体的水化放热作用,现场实测充填体温度,并对充填体散热的影响及治理进行了研究。研究结果表明:充填采矿法的采掘作业面均依靠局扇供风,因此通风效果直接影响作业面热环境,充填作业完成后3 d内放热量达到最大,此时充填体周围采场气温达28℃以上,应依据降温风速（0.5~1.0 m/s）的要求重新计算需风量;运用Ventsim预测采深为1 456 m时在3种风速下的采场热环境,当独头风量为3 m3/s时属于一级热害矿井,当风量增至6 m3/s和9 m3/s时热害降至一级标准以下,热环境明显改善,且入风为21.4℃、风量为6 m3/s时采场气温会降至27.2℃,因此加大采场有效风量和风速是改善深部热环境的有效措施;充填水化热与采场气温呈正相关,因此应合理安排作业计划,避免在放热量大的充填体周围作业,如需作业应加强通风,人员上岗应进行职业健康检查,合理安排岗位并及时发放降暑饮品,以免出现紧急情况或危险。     

井下移动热源对巷道局部风流温度影响规律研究

为了研究煤矿井下热源对巷道局部风流温度的影响,通过搭建实验平台以及建立数值模型,采用实验和数值模拟的方法,分析井下固定和移动热源对巷道局部风流温度的影响规律。研究结果表明:对比实验和数值模拟固定热源对巷道局部风流温度的影响,结果显示二者总体温度变化趋势一致性较好,验证了数学模型的正确性;井下热源移动速度不同时,顺风移动速度越大,对巷道局部温度影响越大,且巷道局部温度相对升高;逆风移动速度越大,对巷道局部温度影响越小,且巷道局部温度相对降低。     

低温取芯过程热传递方式的数值模拟和实验研究

为了研究热量在低温取芯过程中传递的方式,以型煤为研究对象,使用自制低温取芯模拟装置,通过实验并结合数值模拟,对低温取芯过程热量传递方式进行研究,进而分析煤芯温度的变化规律。研究结果表明:甲烷的存在降低了煤样的热交换速率,使煤芯温度变化滞后于煤样罐壁温度变化;煤体内部温度分布存在差异,煤样中心轴线不同半径处的圆柱面构成变温过程的等温面,在降温过程,热量沿径向由煤样内部向外部传递,升温过程,热量沿径向由外部向内部传递;低温取芯过程热量传递同时存在3种方式:热传导、热对流,煤体表面与罐体内壁表面之间的热辐射,以热传导方式为主。     

直通导叶式微型旋流管组分离效率实验

在矿井井下工作面等粉尘浓度较大的作业场所,直通导叶式微型旋流管组除尘器可满足受空间限制作业场所的初效除尘要求。为研究直通导叶式微型旋流管组的除尘性能,在不同粉尘浓度和抽气率条件下,对直通导叶式微型旋流管组的分离效率进行实验,并对其进气口、排尘口和气流出口的粉尘粒径、形貌进行测试分析。结果表明:直通导叶式微型旋流管组对d50大于14.34 μm的粉尘分离效果较好;当粉尘浓度在200~600 mg/m3、抽气率在0%~5%,直通导叶式微型旋流管组分离效率随着抽气率的增加而逐渐增加;粉尘浓度在600~1 200 mg/m3时,直通导叶式微型旋流管组在抽气率为5%时分离效率可达94%。     

基于热湿交换理论的巷道风流温、湿度影响因素研究

为了研究巷道风流参数的影响因素、预测风流温湿度的变化规律,结合热湿交换理论,建立了风流与围岩壁面之间热湿交换的数学模型,以及贴体坐标系下围岩内部温度场的导热微分方程;利用数值方法,将围岩内部的导热问题与影响风流参数变化的热湿交换问题耦合起来,并以大柳塔煤矿52505综采工作面为例进行计算,得到了与实测参数较为一致的模拟结果,验证了该数值方法的有效性。研究结果表明:风流温度受原始岩温、入风流温度、局部热源强度等因素的影响,风流相对湿度与入风流温、湿度以及井下湿源的数量和强度有关;巷道壁温作为将围岩温度场与风流参数之间关联起来的主要因素,对模拟结果影响较大,其数值取决于壁面与风流之间热湿交换以及围岩原始岩温。     

煤层注热CO2驱替CH4特性实验研究*

为研究注CO2增产煤层气过程中注气温度对煤层渗透特性变化的影响,利用自主研发的CO2置换驱替CH4实验系统,在注气温度为40,50,60 ℃条件下进行CO2置换驱替CH4实验,定量分析置换驱替过程中出口气体流量、孔隙压力以及煤层渗透率等变化规律。研究结果表明:在实验测试的40~60 ℃范围内,提高CO2注入温度有助于产出更多的CH4及封存CO2,CO2注入温度越高,出口混合气体流量和CH4气体流量越大,呈现出先升高后降低并趋于稳定的变化趋势,实验结束时置换体积比分别为2.704,2.741和2.595,注气温度为60 ℃时驱替效果较好,每产出单位体积的CH4注入的CO2量最少;煤层孔隙压力随注气时间呈现先逐渐上升后趋于平稳的变化趋势,逐渐趋近注气压力0.8 MPa;注CO2置换驱替CH4及提高CO2注入温度会降低煤层的渗透性,注气温度恒定时,渗透率随注气时间增加呈现先逐渐降低后趋于平稳的变化规律,注气温度由40 ℃升至60 ℃时,渗透率从0.017 1×10-15 m2下降至0.009 8×10-15 m2,降低幅度为34.50%~42.69%。