新型矿用救生舱空气调节系统研究与设计

救生舱是有效减少井下各种灾害导致人员伤亡的安全设施设备,调节救生舱内的温度是保障矿工生存的重要措施。通过对矿用救生舱热负荷的分析计算和矿用救生舱空气调节系统研究现状的分析,设计了以液态二氧化碳相变制冷为基础的两种空气调节系统,可在无需电力驱动、相对狭小空间配套的情况下,适合作为救生舱的空气调节系统。该系统的研发将会解决矿用救生舱在无电力驱动情况下的温度调节问题。     

救生舱内人体体感温度的控制研究

针对救生舱在外界持续高温辐射影响下,研究了救生舱内避险人员体感温度的控制,并通过试验验证初始设计计算满足使用要求。采用热平衡的方法,构建了救生舱内各热源的数学模型,在保证体感温度小于35℃的前提下,以蓄冰耗损最小为目标,建立了救生舱内温度热平衡模型,完成了救生舱内平衡温度预估。试验结果表明:在持续106 h高温辐射情况下,救生舱内温度低于30℃,湿度低于75%,经计算人体体感温度低于30%,满足使用要求。     

基于应急避难空间的矿山安全防护体系研究

提出以应急避难空间为基础的煤矿新型安全防护体系,通过在井下布置救生舱、避难所与矿井各系统结合形成救援网络,可在煤矿事故中为被困作业人员提供应急避难空间避难,降低煤矿事故死亡率。提出了救生舱、避难所在矿井中的基本布置原则,并以山西某煤矿为实例进行安全体系建设研究,指出避难室、救生舱在矿井实际条件中的设置原则和方法,以及新型安全防护体系的发展方向,为我国煤矿新型安全防护体系构建提出指导性依据。     

矿用胶囊式救生舱设计与仿真分析

矿用救生舱是应对煤矿救援的重要设备,为增强救生舱的整体安全性,根据我国现有煤矿地质特点,结合国内外煤矿火灾救援成功案例,提出一种矿用胶囊式救生舱结构。借助NX软件对救生舱进行了结构设计,集成了引导、容纳、缓冲、防火及通信等功能,同时,参照已有防爆液压绞车,利用ANSYS对救生舱的救援工况进行了安全分析。结果表明,该救生舱安全裕量大,能够利用常规液压绞车系统,安全实现受困人员的救援。     

矿用救生舱内二氧化碳净化特性研究

煤矿救生舱是在矿井下发生事故后保护被困矿工生存、等待救援的密闭舱室设备。在救援过程中,二氧化碳的处理是舱内空气净化系统的一项主要功能。本文对救生舱内二氧化碳净化装置的功率、吸收效率、药剂床层厚度等因素进行了一系列试验,确定了救生舱二氧化碳的最优净化方式,并通过救生舱内真人生存试验对其进行了验证。最终得出救生舱内处理二氧化碳最佳反应条件为:药剂量20kg,最佳功率为100W;间歇式工作的运行时间与停机时间比例为2:3;在救生舱内8人生存模拟实验中,得出8kg药剂可供8人使用6.1h,平均吸收速率为1.34L/min。     

基于人体皮肤热模型的热防护服评价方法研究

在热防护服热防护性能测试装置基础上,用自行研制的新型耐高温模拟皮肤传感器代替铜片热流计测量通过应急热防护服装面料的热流量,将热流量作为热波皮肤模型边界条件,得到人体皮肤表层下80μm处的温度值,从而得到一定条件下人体真实皮肤达到二级烧伤所需时间,用其评价热防护服用织物的热防护性能,并将热波皮肤模型(TWMBT)的测试值与Pennes模型以及铜片热流计的测试结果进行分析比较。采用热波皮肤模型分析织物层下的"皮肤"防热时间更接近实际皮肤达到二级烧伤时间值,可较为精确的量化织物热防护性能,为应急救援热防护服装的热设计提供理论依据。     

气瓶火烧试验的热及力学响应数值模拟研究

火烧试验中,气瓶内流体介质的温度和压力及气瓶壁的温度不断升高,导致气瓶破裂。基于分区求解、边界耦合数值解法和流固耦合传热理论,采用计算流体力学软件Fluent,建立燃烧火焰模型和气瓶传热(包括气瓶壁及其内部介质)耦合模型并进行计算,得到燃烧火焰的温度场、热流密度分布与气瓶的温度场及其内部介质的温度场、流场和压力场。通过节点插值方法,实现Fluent热边界无缝转化到有限元软件Ansys中继而进行热-结构分析。利用Fluent和Ansys联合仿真模拟预测气瓶爆破时间,对于气瓶的灭火救援具有一定的指导意义。     

国外矿用应急救生舱技术现状

在南非、澳大利亚等矿业发达国家,应急避难室(救生舱)是一种重要的井下应急救援装备,用于在矿井事故发生后保护被困矿工,等待救援。本文对国外现有救生舱产品进行了深入的调研,对救生舱内氧气供应、有害气体去除、空气调节、环境监测、动力供应、附属装备等各主要系统的运行原理和技术指标进行了详细介绍,为分析国外救生舱技术研究现状和研发我国矿井救生舱产品提供参数依据和指导。     

矿用可移动式救生舱隔热性能研究与试验

根据救生舱舱体结构,构建舱体隔热层填充材料隔热性能测定系统;利用该系统,分别测定了硅酸铝针刺毯、复合硅酸盐毡和膨胀蛭石粉自身的隔热性能;结合舱体结构特点,制作救生舱模拟结构层;在钢板内侧粘贴铝箔,构建双层防护隔热结构;测定结果表明复合硅酸盐毡最适合作为救生舱隔热层的填充材料;利用修正函数计算出复合硅酸盐毡的厚度为100mm,对该厚度材料的隔热性能进行测定,试验结果证明其可行。     

扩展卡尔曼滤波算法在矿用救生舱舱内气体浓度测控中的应用

为有效控制矿用移动式救生舱内气体浓度,确保救生舱内环境质量,保障舱内人员生命安全;根据《煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定》的指标要求,采用扩展卡尔曼滤波方法对救生舱舱内气体参数的变化过程进行辨识,得出舱内气体浓度的状态空间模型,并应用迭代优化控制方法对气体浓度进行控制调节;在矿用救生舱模型和现场样机中分别进行了模拟和现场试验。结果表明,测控系统能有效控制救生舱舱内气体浓度进行,满足各项指标要求,且具有较好的鲁棒性。     

高温高湿巷道内不稳定换热系数影响因素分析及模型建立*

为研究高温高湿巷道不稳定换热系数的变化规律,采用Fluent软件对高温高湿巷道内的热湿交换进行数值模拟,通过单因素和正交模拟实验探讨风流温度、风流速度、岩石导热系数、原岩温度以及巷道当量直径对高温高湿巷道不稳定换热系数的影响。研究结果表明:高温高湿巷道不稳定换热系数随时间的变化规律与普通巷道一致,均与通风时间呈负相关,但通风时间为1 a的高温高湿巷道不稳定换热系数较普通巷道增加了12.5%。通过单因素分析得到风流速度、岩石导热系数和当量直径与不稳定换热系数呈正相关。通过极差分析得到各因素对不稳定换热系数的影响程度为:岩石导热系数>当量直径>风流速度>风流温度>原岩温度。利用SPSS软件对正交实验数据进行拟合,建立不稳定换热系数的计算模型,拟为高温高湿巷道内热负荷计算及井下风温预测提供参考。     

不同外热功率下18650锂离子电池热失控特性*

为探究不同外热功率（220,170,120,70 W）下锂离子电池的热失控特性,采用动压变温实验舱作为燃爆实验舱,并利用量热仪和ISO-9705烟气分析仪监测特征参数,对荷电状态（SOC）为100%的18650型锂离子电池进行高温热失控实验。结果表明:在不同的外热功率条件下,锂离子电池进入热失控的过程呈现出相似的趋势,但是各阶段的特性却存在差异。池体表面中心温度、HRR,THR和耗氧量均随外热功率的降低而降低。高外热功率下燃爆响应时间点明显提前,池体温度更高,220 W外热功率下,燃爆响时间点为176 s,池体温度为720.6 ℃,比70 W时提前366 s,高210.03 ℃,可见高外热功率时,电池热危害性更高。热解烟气CO的峰值体积百分比浓度随着外热功率的降低而升高,而CxHy的峰值质量百分比浓度降低,,CO2的峰值体积百分比浓度降低。在70 W外热功率时,CO峰值体积百分比浓度高达0.322%,220 W时CO峰值体积百分比浓度仅为0.165%,说明低外热功率时,电池毒危害性更高。     

热力管加热桥面抗冰融冰试验研究

为了研究热力管加热桥面抗冰融冰对于公路交通安全的影响,制作了尺寸为600 mm×600 mm×380 mm的桥梁试件,在人工环境室对热力管融冰进行了模型试验。结果表明:试件上表面温升速率和融冰时间取决于热力管间距、隔热层、风速、环境温度和热力管外表面温度。在相同工况条件下,100 mm间距的热力管融冰能力要大于150 mm间距的热力管,无隔热层时,100 mm间距热力管向上传递的热量占总加热量的13.4%,融冰时间为211 min;150 mm间距热力管向上传递的热量占总加热量的18.3%,融冰时间为271 min。在热力管层下面铺设厚度为2 mm、导热系数为0.062 W/（m· K）的隔热材料后,100 mm间距热力管向上传递的热量占总加热量的46.9%,融冰时间为175 min;150 mm间距热力管向上传递的热量占总加热量的51.9%,融冰时间为161 min。热力管层铺设隔热材料可有效阻止热量向下传递,从而缩短融冰时间。     

单轴应力对煤自燃特性参数和导热系数的影响研究

为探究单轴应力作用下煤氧化和传热特性,利用自制荷载加压煤自燃特性参数测定装置对炉体内长焰煤煤样进行程序升温。结合程序升温过程中煤临界温度Tc和Tg,对其进行阶段划分:阶段1为30℃~Tc;阶段2为Tc~Tg。计算了不同单轴应力下2个阶段煤表观活化能和平均耗氧速率。根据能量守恒得出程序升温过程煤导热系数随温度的变化,进一步分析煤导热系数与单轴应力的关系。结果表明:阶段1单轴应力为4 MPa时为临界轴压,煤表观活化能最大,平均耗氧速率最小;阶段2煤表观活化能和平均耗氧速率随单轴应力增大均呈抛物线变化,单轴应力为2.7 MPa时为临界轴压,煤表观活化能最大,平均耗氧速率最小;阶段1和2煤导热系数随温度升高均先减小后增大,并且煤导热系数随单轴应力增大呈三次函数变化。     

Flicker Test as a Load Measurement During the Combined Effect of Heat and Noise

This study was a joint physiological and psychological experiment undertaken to determine changes in physiological and psychological human functions under the combined influence of heat, noise, and physical activity. Seven experimental situations were simulated in a climatic chamber with different configurations of three independent variables: heat (40 °C), noise (98 dB), and physical effort (30% of maximum volume of oxygen uptake—V0₂ max). Five psychological variables (critical flicker fusion—CFF, hand tremor, reaction time, subjective climate evaluation, and subjective evaluation of the given condition load) and two physiological variables (heart rate and rectal temperature) were monitored. Results indicate that CFF changed (increased) significantly when more than one experimental variable was applied. These changes coincided with significant changes in both subjective climate evaluation and subjective evaluation of a given condition load. There were no significant changes in psychomotor functions (hand tremor and reaction time). None of the observed physiological parameters were above the critical value. The results suggest that CFF can be treated as a psychophysical load indicator.     

不同压力环境下不透明非碳化ABS材料的热解温度模型研究

在不同热流强度下,利用智能步进低压实验仓对不透明非碳化聚合物材料丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)在不同压力情况下的热解过程中的表面及背面温度进行了实时测量,建立了表面吸收一维热解模型,预测了ABS在不同外界热流密度下,不同压力环境下表面温度及背面温度随时间的变化;并将实验测量值与模型模拟值进行对比。结果表明,非碳化聚合物的表面吸收一维热解模型在高热流密度下对温度的预测情况优于在低热流密度下对温度的预测结果,总体来说,模拟计算结果与实验测量值较为一致。     

火灾中混合温场下隧道管片受力分析

对于以盾构方式修建的地铁,其隧道管片是主要的受力构件。在实际的火灾中,管片所在的温场往往是热对流及热辐射两种形式的混合温场。不同位置管片受热不均匀,整周管片内部将产生非均匀的热力荷载,与地应力荷载共同作用使模型中的应力分布更为复杂。从热量的角度进行温场融合,分别计算每个单元在两种温场下的温度及热量,将每个单元的两种热量分别相加求得每个单元的总热量,根据总热量再反算单元温度,从而确定这个混合温场。使用FLAC3D在模拟过程中随温度升高实时调整材料参数,使模拟结果更加准确。结果表明：当温度较低（〈500℃）时混合温场中以热辐射为主的均匀温场势力较强,当温度升高（〉500℃）后以热对流为主的非均匀温场势力较强。     

不同外热部位下18650型锂离子电池热失控研究

为探究不同外热部位对18650型锂离子电池热失控特性的影响,通过自主设计的试验平台对电荷量为100%的18650型锂离子电池开展不同外热部位下热失控试验,探讨不同部位外热源对电池热失控行为过程、热失控响应时间、温度特性、电池破裂部位的影响。结果表明:在相同热源功率条件下,外热源位置对电池热失控过程中初爆与二次燃爆间的时间间隔存在影响,顶部加热时安全阀打开瞬间便发生二次燃爆,底部和中部加热工况下,时间间隔分别延迟至18 s和40 s;中部加热时池体温升速率最慢,为0.873℃/s,分别为顶部和底部加热时的77.5%和77.8%;中部加热时热失控响应时间最长达290 s,顶部和底部加热时分别缩短12.4%和30.0%;顶部和底部加热时,热失控破裂部位集中于顶部"褶皱处"和底部防爆阀,但在中部加热工况下,电池发生破裂部位的随机性增加,其外壳破坏程度也有增加。     

冷板冻结物理模拟试验研究

为了提升地铁工程盾构管片破损抢险应急救援能力,在广佛线某区间地铁隧道管片冻结封水工程中使用矩形截面的外置冻结器—冻结冷板。采用物理模拟试验,对混凝土结构外敷冷板冻结形式下的冻结规律进行系统研究,研究单排冷板、双排冷板及冻结盘管的冻结温度场变化规律,分析不同布置形式下冻结壁的界面、主面温度分布特征。研究结果表明:在冷板冻结形势下,主、界面温度分布曲线在浅部呈对数曲线形式,随深度的增加逐渐过渡成线性分布,冻结器与冻结介质的热交换面积大小对冻结效果影响比重大,适当的布置形式能大大提高冻结效率和效果。冷板冻结形式可以有效加强土层与混凝土结构交接面的冻结效果,提高交界面上胶结强度,提高冻结施工安全。