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矿井围岩与风流热湿交换若干问题的实验研究

作　者: 赵靖
导　师: 朱能
学　校: 天津大学
专　业: 供热、供燃气、通风与空调工程
关键词: 矿井巷道传热传湿热湿交换传热系数传湿系数
分类号: TD727
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着社会经济的发展,我国各类矿井开采深度的不断增加,矿井热害越来越严重,机械制冷降温成为矿井降温技术重要的发展方向。要合理选择制冷设备,首先就需要确定巷道内的冷负荷和湿负荷,弄清矿井围岩与风流热湿交换的机理,这是进行一切降温除湿技术的基础。在诸多热源中,巷道围岩的散热散湿是最主要的一项,计算过程也最为复杂。与一般建筑的空调冷负荷相比,矿井冷负荷要复杂的多。因为围岩的散热散湿是一个三维非稳态过程,传热系数与传湿系数的影响因素很多,传热传湿机理相当复杂。而目前,我国矿井一般都是延用前苏联的一些经验计算公式,但是这些公式都存在以下几个问题:一、计算时需要的参数很多,在实际工程上很难被应用;二、忽略湿度对传热的影响,计算结果往往差强人意;三、不能较为准确适用于计算中国矿井独特的情况。本文采用理论分析与模拟实验相结合的方法,首先推导出矿井围岩与风流热湿交换的微分方程组的柱坐标形式,建立一套系统的适用于矿井的数学模型。然后在实地调查、测试的基础上,按照相似理论搭建一矿井风流热湿交换模拟实验台,用与煤矿围岩热工性能相似的混凝土试件代替真实巷道,模拟矿井围岩与风流的热湿交换过程。通过变换风流进口的温度、湿度、速度,监测出口空气状态的变化和围岩内部温度的变化。经过多组实验工况的测试并利用统计学工具进行分析研究,分析出风流经过矿井湿壁巷道,沿途增温增湿的影响因素和变化规律,围岩稳态内壁温度的变化规律,以及围岩传热系数和传湿系数的回归计算公式。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-18
  1.1 问题的提出  9-14
    1.1.1 我国能源结构仍以煤炭资源为主  9-11
    1.1.2 高热害煤矿的出现  11
    1.1.3 井下高温高湿环境  11-13
    1.1.4 矿井热害的概念  13-14
    1.1.5 课题的提出  14
  1.2 国内外研究现状  14-16
    1.2.1 国内研究现状  14-15
    1.2.2 国外研究现状  15-16
  1.3 本课题的目的及意义  16
  1.4 本课题的研究内容及方法  16-18
第二章湿壁巷道与风流热湿交换概述  18-27
  2.1 矿井热害产生的原因及热源分析  18-25
    2.1.1 矿井进风状态  19
    2.1.2 自然压缩热  19-20
    2.1.3 围岩散热散湿  20-22
    2.1.4 采落煤、岩散热  22-23
    2.1.5 机电设备生热  23-24
    2.1.6 氧化热  24
    2.1.7 人体散热  24-25
  2.2 围岩不稳定传热系数与传湿系数  25-27
    2.2.1 围岩不稳定传热系数  25-26
    2.2.2 围岩不稳定传湿系数  26-27
第三章湿壁巷道传热传湿微分方程组的建立  27-38
  3.1 矿内空气热湿交换计算的理论基础  27-30
    3.1.1 流体与固体壁直接接触时的对流传热微分方程组  27-28
    3.1.2 空气流过自由水面时所发生的对流传热传质微分方程组  28-30
  3.2 湿壁巷道与风流间的热湿交换  30-35
    3.2.1 湿壁巷道与风流间的热湿交换的微观解释  30
    3.2.2 湿壁巷道对流传热传质微分方程组  30-35
  3.3 围岩内部导热及调热圈的形成  35-38
    3.3.1 调热圈及其相关概念  35-36
    3.3.2 围岩热传导微分方程  36
    3.3.3 调热圈的半径计算  36-38
第四章巷道模拟实验台系统  38-56
  4.1 巷道传热传湿模拟实验台的搭建  38-45
    4.1.1 实验台主体构造  39-42
    4.1.2 循环水泵  42-43
    4.1.3 水加热装置  43-44
    4.1.4 空气加热器  44
    4.1.5 风机  44-45
    4.1.6 渗流水泵  45
  4.2 实验调节设备  45-47
    4.2.1 变频器  45-46
    4.2.2 变压器  46-47
  4.3 实验测量仪器及设备  47-52
    4.3.1 热电偶  47-51
    4.3.2 TSI空气参数多功能测试仪  51
    4.3.3 水银温度计  51-52
    4.3.4 秒表  52
  4.4 实验系统整体初调试  52-56
第五章巷道模拟实验及数据分析  56-84
  5.1 实验方案  56
  5.2 实验数据  56-58
  5.3 实验结果及数据分析  58-84
    5.3.1 风流温度变化规律  58
    5.3.2 风流湿度变化规律  58-60
    5.3.3 围岩内壁温度变化规律  60-70
    5.3.4 风流与围岩不稳定传热系数变化规律  70-77
    5.3.5 风流与围岩不稳定传湿系数变化规律  77-84
第六章结论与展望  84-86
  6.1 结论  84
  6.2 展望  84-86
参考文献  86-89
发表论文和科研情况说明  89-90
致谢  90

矿井围岩与风流热湿交换若干问题的实验研究

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