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矿井巷道火灾中火区温度、阻力以及节流效应的研究

作　者: 乔旺
导　师: 王文才
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 采矿工程
关键词: 矿井巷道火灾火区阻力火区温度节流效应
分类号: TD752
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

矿井火灾是煤矿六大自然灾害之一，也是威胁矿井安全生产的主要因素之一。近年来，高产、高效、集约化成为我国煤矿生产的发展趋势，火灾发生的频率及其严重性也随着煤矿的快速发展而升高和升级。通过开展矿井巷道火灾的研究，研究火区及其烟流流经巷道的温度、阻力以及节流效应，对于科学分析火灾条件下通风系统的可靠性，做好矿井通风设计、矿井火灾救援时合理控制风流方向以及随时掌握烟流流经巷道的温度和风量、火区治理时实现均压通风，在理论与现实上均具有重要意义。本文根据温度与生成物在火灾过程中的变化情况，将火灾过程分为三个阶段：快速增长阶段、稳定发展阶段、衰减阶段；并分别对三个阶段进行了论述。通过对火区风流温度的变化研究，分析两种火灾风流的最高温度计算公式：假设火区燃烧将风流中氧气消耗完，火区产生的风流中氧气浓度为零。同时由于火灾时，巷道火区比较短，故不考虑烟流与巷道顶底板之间的热交换量，且认为烟流流动过程为稳定过程，得出最高温度计算公式；把巷道内风流看作一维稳定流，不考虑风流在流动过程中动能和质量的变化，根据燃烧学、热释放速率以及热能能量方程式建立风流的最高温度计算式；结合两种火区最高温度的计算公式，推导出在假设火区稳定状态下的火区最高温度计算公式；根据风流的最高温度和传热学原理，推导出了火区下风侧沿程温度的分布公式。通过讲述火区阻力及其产生的机理，指出火区阻力是由火区的热阻力和绕流阻力组成；热阻力是由于火灾产生热量，从而使巷道内风流受热膨胀产生阻力；绕流阻力是火焰自身占据了巷道的空间，阻碍了风流的流动，从而产生了局部的绕流阻力。本文根据矿井风流流动的连续性方程、风流流动的能量方程，推导出了矿井火灾时期的火区阻力公式。根据流体的相似理论，建立了火灾巷道模型；在实验室的环境下针对巷道火灾进行了实验，验证火区温度和火区阻力的推论；得出了火区阻力与风流速度、火势的大小等因素有关的结论；求得了不同风速情况下，火区最高温度的变化，证明了火区最高温度与巷道风速有关；根据实验证明了火灾情况下，巷道内风速的变化情况，验证了火灾情况下，火区温度、火区阻力、压力等因素与火区节流效应的关系，并最终得出了如下结论。（1）在矿井巷道发生火灾时，当巷道内的风速增大时，火区温度的最高值也会增大；但是当风速达到一定的数值时，火区的温度达到最高值，火区的温度最高值随着巷道风速的持续增大反而开始降低。（2）随着距火区的距离增大，巷道内风流的温度呈递减趋势，达到一定距离时，温度基本保持不变。（3）巷道火灾情况下，由于节流效应的影响，可造成火灾巷道内的风速减小，但与其并联的巷道内的风速增大。（4）随着巷道内火势的增大，火灾巷道内的阻力增大，与其并联的巷道内的动压与全压均增大；随着火势的减小，火灾巷道内的火区阻力减小，与其并联的巷道内的动压与全压均减小。（5）当矿井巷道发生火灾时，火区阻力随着温度的升高而增大，随着温度的降低而减小。（6）矿井巷道发生火灾时，火区节流效应的强弱与火区阻力的大小成正比，火区阻力越大，节流效应越明显，火区阻力越小，节流效应强度越弱。（7）火灾时，火区温度越高，巷道火灾的节流效应越明显，随着火区温度的降低，火灾的节流效应逐渐减弱。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
1 绪论  11-18
  1.1 课题的提出及背景  11-12
    1.1.1 课题的提出  11
    1.1.2 研究背景  11-12
  1.2 矿井巷道火灾及我国频发巷道火灾事故的主要原因  12-14
    1.2.1 矿井巷道火灾  12-13
    1.2.2 我国频发巷道火灾事故的主要原因  13-14
  1.3 矿井巷道火灾研究的必要性及目的  14-15
    1.3.1 矿井巷道火灾研究的必要性  14-15
    1.3.2 研究的目的  15
  1.4 研究综述  15-17
  1.5 研究的内容及方案  17-18
    1.5.1 研究的内容  17
    1.5.2 研究方法与研究方案  17-18
2 矿井巷道火灾时的能量方程理论  18-28
  2.1 巷道内流体流动连续性方程  18-21
    2.1.1 流体的连续性方程  18-19
    2.1.2 风流运动的能量方程  19-21
  2.2 单位质量流量能量方程  21-26
    2.2.1 能量组成  21-22
    2.2.2 风流流动过程中能量分析  22-23
    2.2.3 可压缩空气单位质量流量的能量方程  23-24
    2.2.4 单位质量可压缩空气能量方程分析  24-26
  2.3 单位体积流量能量方程  26-27
  2.4 小结  27-28
3 流体的相似理论  28-36
  3.1 流动相似  28-30
  3.2 流动相似的准则  30-35
  3.3. 小结  35-36
4 矿井巷道火灾时期火区温度的理论研究  36-44
  4.1 巷道火灾的过程  36-37
  4.2 风流流动的特点及其火区物理模型  37-39
    4.2.1 污染状态  37-38
    4.2.2 火区物理模型  38-39
  4.3 巷道火灾温度  39-43
    4.3.1 火区最高温度  39-42
    4.3.2 下风侧沿程温度分布  42-43
  4.4 小结  43-44
5 矿井巷道火灾时期火区阻力及节流效应的理论研究  44-52
  5.1 火区阻力及其产生机理  44-49
    5.1.1 火区阻力  44-45
    5.1.2 火区热阻力产生机理  45-46
    5.1.3 火区热阻力公式推导  46-47
    5.1.4 火区绕流阻力产生机理  47-48
    5.1.5 火区绕流阻力公式推导  48-49
  5.2 火区阻力公式推导  49-50
  5.3 巷道火灾节流效应  50
  5.4 小结  50-52
6 矿井巷道火灾模拟实验系统  52-64
  6.1 矿井巷道火灾实验系统  52-54
    6.1.1 矿井巷道火灾模拟实验方法及特点  52
    6.1.2 矿井巷道火灾实验巷道介绍  52-53
    6.1.3 测量内容  53
    6.1.4 实验燃料  53-54
  6.2 火灾实验结果与模拟计算的比较  54-62
  6.3 巷道火灾的实验及计算结果分析  62-63
  6.4 小结  63-64
7 结论与展望  64-66
  7.1 结论  64
  7.2 展望  64-66
参考文献  66-69
在学研究成果  69-70
致谢  70

矿井巷道火灾中火区温度、阻力以及节流效应的研究

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