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《中国矿业大学》 2010年
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深部热环境围岩及风流传热传质研究

王义江  
【摘要】: 随着矿产资源的大规模开发,埋藏于浅部的矿产资源日益枯竭,大批矿山过渡到深部开采,深部开采与浅部开采最大的区别在于深部围岩体所处的特殊环境。对深部热害矿井来说,包括煤体在内的围岩体散热是矿井热环境最重要的影响因素。本文采用物理试验、数值模拟和理论分析相结合的方法对热害矿井围岩传热传质机理进行了研究,重点对巷道围岩体的热物理性质、巷道围岩非稳态传热传质以及风流对流换热特性进行了分析。 对于破碎围岩体,通过微观试验发现其结构符合分形模型,利用图像分形维数计算方法获得了无压力下破碎煤体计盒维数。根据有效导热系数的定义和热阻模拟方法,计算了干燥破碎煤体的导热系数,与实测值吻合;对于孔隙岩体,采用ANASYS模拟了不同孔隙率条件下孔隙规则分布与随机分布两类模型的稳态热传导。结果表明,等效导热系数与固体基质率之间呈双对数线性关系,拟合公式指数与Archie定律一致;含小孔隙且未集中分布岩体的导热系数是各向同性的。 采用分离变量法求解了进风流参数恒定条件下巷道围岩体非稳态热传导方程,获得了温度场理论解的显式形式,分析发现,壁面无量纲温度与无量纲传热系数均随Fo增加而不断减小,Bi数越大两者变化幅度越大。提出了适合判断巷道非稳态传热正规状况的公式,计算发现巷道型非稳态传热也存在正规状况阶段,此时围岩过余温度变化率由边界条件和相对位置决定,与初始条件无关;理论计算发现,当Fo=2-12时采用无穷级数第一项代替完整级数误差大,当项数增加到5项时可近似代替完整级数,当Fo12后才可用第一项代替完整级数。 通过自行设计、研制的试验系统对巷道非稳态传热传质规律进行了研究,试验结果表明,均质围岩温度与Fo数可用多项式拟合,当阶数为4时有很高精度,且在正规状况阶段的拟合优度明显高于初始阶段;围岩温度与无量纲半径可用对数关系拟合,在正规状况阶段拟合优度高;巷道壁面温度与进风流温度、风速均为线性关系,对预测某种进风流参数下壁面温度提供了简洁计算公式。试验发现,裂隙对温度场有很大影响,宽度为总长度4%左右的裂隙,其两端温度梯度约占总温度梯度51%;含湿岩体温度场与干燥围岩温度场分布类似,在通风初期含湿岩体近壁端温度变化速率大,是受水分蒸发产生的潜热引起。对围岩体含水率实测可知,相比温度场来说,风流对湿度场的影响明显偏低。在影响区域内,围岩含水率为对数分布,与温度场分布类似,可用Fick第二定律进行分析。 计算发现实际巷道中风流流动状态均为紊流,根据实测数据获得了巷道风流的阻力系数公式;采用光滑圆管紊流模型,计算了巷道风流速度分布,并推导了巷道风流温度分布;根据温度分布与速度分布类比定律,采用恒热流模型计算了巷道风流对流换热的准则方程。实测数据表明,沿巷道延伸方向的风流温度为线性分布,验证了恒热流模型分析风流对流换热特性正确;回归了紊流条件下巷道风流对流传热的经验准则关联式,可用于工程计算。对含湿巷道风流温度和绝对含湿量变化进行了实测分析,结果表明风流温度在短时间内趋于恒定,绝对含湿量变化与温度变化相同,说明质量传递与非稳态传热规律类似。
【学位授予单位】:中国矿业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TD72

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李小川,施明恒,张东辉;非均匀多孔介质中导热过程[J];东南大学学报(自然科学版);2005年05期
2 刘烽,吴增茂,薛越霞;近地层风廓线与垂直湍流强度关系研究[J];青岛海洋大学学报(自然科学版);2000年01期
3 秦跃平,党海政,曲方;回采工作面围岩散热的无因次分析[J];煤炭学报;1998年01期
4 周西华,王继仁,卢国斌,单亚飞,梁栋;回采工作面温度场分布规律的数值模拟[J];煤炭学报;2002年01期
5 康天合,赵阳升,靳钟铭;煤体裂隙尺度分布的分形研究[J];煤炭学报;1995年04期
6 何满潮;张毅;乾增珍;郭东明;;储冷对井治理深部矿井热害研究[J];煤田地质与勘探;2006年05期
7 施明恒,樊荟;多孔介质导热的分形模型[J];热科学与技术;2002年01期
8 袁亮;;淮南矿区矿井降温研究与实践[J];采矿与安全工程学报;2007年03期
9 施明恒;李小川;陈永平;;利用分形方法确定聚氨脂泡沫塑料的有效导热系数[J];中国科学E辑;2006年05期
10 彭瑞东,谢和平,鞠杨;二维数字图像分形维数的计算方法[J];中国矿业大学学报;2004年01期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 钱七虎;;非线性岩石力学的新进展——深部岩体力学的若干关键问题[A];第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2004年
2 何满潮;;深部开采工程岩石力学现状及其展望[A];第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2004年
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1 张灿;冰输冷降温系统的研究与应用[D];山东科技大学;2006年
2 毛淑丽;冰输冷降温系统原理及设计计算研究[D];山东科技大学;2007年
【共引文献】
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1 张立杰;蔡美峰;来兴平;张勇;张海燕;吕兆海;任奋华;;基于AE的深部复变环境下急斜特厚煤层开采动力失稳分析[J];北京科技大学学报;2007年01期
2 孙晓明,何满潮,刘成禹,顾金才,王树仁,明治清,景海河;真三轴软岩非线性力学试验系统研制[J];岩石力学与工程学报;2005年16期
3 许宝田;阎长虹;许宏发;庄乾城;;基于模糊理论的软岩黏弹性模型识别及参数反分析[J];岩石力学与工程学报;2006年11期
4 李英杰;潘一山;李忠华;;岩体产生分区碎裂化现象机理分析[J];岩土工程学报;2006年09期
5 赵志平;常建立;杨晓光;;利用ANSYS对碳纤维布加固RC梁的非线性有限元分析[J];四川建筑科学研究;2006年01期
6 崔晓龙,万妮丽;大型锻件热处理过程的数值模拟研究[J];鞍钢技术;2004年06期
7 范秋雁;试论软岩支护的理论基础[J];地下空间;1999年04期
8 邱道宏;陈剑平;张秉鹤;肖云华;;深埋长大公路隧道岩爆预测及防治研究[J];地下空间与工程学报;2006年06期
9 熊艳,毛军,薛琳;平板层流边界层定常流动存在相似性解区域的分析[J];北方交通大学学报;2003年04期
10 臧保将,商朋见,孙玉朋;齐次自相似集的多重分形谱分析[J];北京交通大学学报;2005年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 谢和平;;采矿工程中的力学问题与分析[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
2 吴青;;SV型静态混合器中气-液两相流动的研究[A];中国机械工程学会包装与食品工程分会第四届学术年会论文集[C];1995年
3 余红发;孙伟;;混凝土氯离子扩散理论模型[A];第五届混凝土结构耐久性科技论坛论文集[C];2006年
4 温焱;阎吉祥;;基于ANSYS的激光与物质相互作用的仿真研究[A];2004全国光学与光电子学学术研讨会、2005全国光学与光电子学学术研讨会、广西光学学会成立20周年年会论文集[C];2005年
5 刘志恩;蒋炎坤;董哲林;陈国华;;汽油机燃烧室多体耦合系统瞬态传热模拟[A];2007年APC联合学术年会论文集[C];2007年
6 胡晓军;;双层U形膨胀节数值模拟[A];第九届全国膨胀节学术会议膨胀节实用技术精选集[C];2006年
7 郑林;林伟军;;弹性波传播模拟的谱元法实现[A];中国声学学会2007年青年学术会议论文集(下)[C];2007年
8 胡晓斌;钱稼茹;;结构连续倒塌分析与设计方法综述[A];首届全国建筑结构技术交流会论文集[C];2006年
9 李广信;张在明;沈小克;陈雷;刘松玉;魏弋锋;陈云敏;王育人;高大钊;卞昭庆;高晓军;介玉新;;岩土工程篇[A];工程建设技术发展研究报告[C];2006年
10 徐文忠;丁瑞训;;关于热媒输送流速优化问题的研究[A];2005年山东省制冷空调学术年会论文集[C];2005年
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1 李晋平;综放沿空留巷技术及其在潞安矿区的应用[D];煤炭科学研究总院;2005年
2 王学滨;应变软化材料变形、破坏、稳定性的理论及数值分析[D];辽宁工程技术大学;2006年
3 贾剑青;复杂条件下隧道支护体时效可靠性及风险管理研究[D];重庆大学;2006年
4 王永岩;软岩巷道变形与压力分析控制及预测[D];辽宁工程技术大学;2001年
5 魏唐棣;地源热泵地下套管式埋管换热器性能研究[D];重庆大学;2001年
6 杨铭铎;新型快餐食品油炸工艺及氧化淀粉磷酸酯、几丁聚糖改善其品质的研究[D];西北农林科技大学;2002年
7 宋小软;预应力轻骨料混凝土采油平台罐体模型的试验研究[D];大连理工大学;2002年
8 翟明;塑料注射成型充填过程的数值模拟、优化与控制[D];大连理工大学;2002年
9 夏春;稳定灌浆新型浆液与复合掺合料水工混凝土[D];四川大学;2002年
10 何伟;区域城镇空间结构及优化研究[D];南京农业大学;2002年
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1 束加庆;深埋隧洞工程区初始地应力场研究及围岩稳定分析[D];河海大学;2006年
2 倪成群;森林景观可视化技术的应用研究[D];北京林业大学;2005年
3 高贵;利用分形理论研究非织造布的结构及透通性[D];天津工业大学;2005年
4 何有巨;深井高地压巷道锚杆支护技术研究[D];安徽理工大学;2006年
5 刘珊;座舱盖高低温疲劳试验台换热数值模拟及热经济分析[D];西北工业大学;2001年
6 程远贵;耐火纤维材料的高温热物性研究[D];四川大学;2001年
7 肖占山;注水井井下温度场数值模拟[D];大庆石油学院;2002年
8 崔晓龙;非稳态环境对埋地管道传热影响的研究[D];大庆石油学院;2002年
9 胡秋;轧辊三维瞬态温度场的一种二维简化计算模型——400×1850铝板带冷轧机工作辊温度场与热变形数值模拟[D];中南大学;2002年
10 邓波;蒸发冷却变压器的试验研究与分析[D];河北工业大学;2002年
【同被引文献】
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1 秦跃平,党海政,曲方;回采工作面围岩散热的无因次分析[J];煤炭学报;1998年01期
2 秦跃平,秦凤华,党海政;用差分法解算巷道围岩与风流不稳定换热准数[J];湘潭矿业学院学报;1998年01期
3 何满潮,谢和平,彭苏萍,姜耀东;深部开采岩体力学研究[J];岩石力学与工程学报;2005年16期
4 周西华,单亚飞,王继仁;井巷围岩与风流的不稳定换热[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2002年03期
5 王海桥;掘进工作面射流通风流场研究[J];煤炭学报;1999年05期
6 周西华,王继仁,卢国斌,单亚飞,梁栋;回采工作面温度场分布规律的数值模拟[J];煤炭学报;2002年01期
7 高建良;魏平儒;;掘进巷道风流热环境的数值模拟[J];煤炭学报;2006年02期
【二级参考文献】
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1 戚承志,钱七虎;材料变形及损伤演化的微观物理动力机理[J];固体力学学报;2002年03期
2 何满潮,薛廷河,彭延飞;工程岩体力学参数确定方法的研究[J];岩石力学与工程学报;2001年02期
3 何满潮,吕晓俭,景海河;深部工程围岩特性及非线性动态力学设计理念[J];岩石力学与工程学报;2002年08期
4 戚承志,钱七虎;岩石等脆性材料动力强度依赖应变率的物理机制[J];岩石力学与工程学报;2003年02期
5 戚承志,王明洋,钱七虎;弹粘塑性孔隙介质在冲击荷载作用下的一种本构关系——第二部分:弹粘塑性孔隙介质的畸变行为[J];岩石力学与工程学报;2003年11期
6 何满潮,李春华,王树仁;大断面软岩硐室开挖非线性力学特性数值模拟研究[J];岩土工程学报;2002年04期
7 何满潮,苏永华;地下软岩工程可靠度研究[J];岩土工程学报;2003年01期
8 谢征芳,杨盛良,杨德明,陈朝辉;复合材料断口分形维数的测定[J];兵器材料科学与工程;1999年03期
9 丁保华,李文超,王福明;分形图像分析与分形维数计算程序的设计[J];北京科技大学学报;1999年03期
10 黄小葳;分形维数计算程序的设计及其应用[J];北京联合大学学报;2004年04期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 钱七虎;;非线性岩石力学的新进展——深部岩体力学的若干关键问题[A];第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2004年
2 何满潮;;深部开采工程岩石力学现状及其展望[A];第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2004年
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1 胡军华;高温深矿井风流热湿交换及配风量的计算[D];山东科技大学;2004年
2 穆建树;冰颗粒在溶液中上升过程的行为研究[D];大连理工大学;2005年
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1 张竹茜;于帆;张欣欣;;质子交换膜燃料电池的多尺度传热传质[J];能源研究与利用;2006年01期
2 刘海燕;庞明军;魏进家;;非牛顿流体研究进展及发展趋势[J];应用化工;2010年05期
3 王金龙;太阳能多级薄膜蒸馏器的传热传质分析[J];水处理技术;1992年02期
4 吴忠标,谭天恩;雾滴传热传质特性的理论计算模型[J];中国环境科学;1996年05期
5 谢继红;陈东;赵丽娟;刘荣辉;李满峰;;确定生物物料最佳干燥工艺的理论方法研究[J];干燥技术与设备;2004年01期
6 徐新亚;刘道平;潘云仙;周文铸;杨群芳;胡汉华;;静止水滴生成气体水合物的动力学研究[J];工程热物理学报;2006年S1期
7 俞厚忠;振动流化床干燥器[J];化学世界;1984年05期
8 杜怀明,余徽,马空军,夏素兰,朱家骅;磷酸二铵工艺尾气脱湿过程的数值研究(Ⅰ)——雾状冷凝区传热传质[J];四川大学学报(工程科学版);2005年05期
9 许考;刘中良;康天放;何洪;马重芳;;预混天然气催化燃烧特性[J];燃烧科学与技术;2005年06期
10 崔晓钰;李美玲;;膜反转板式降膜吸收过程的理论研究[J];化工学报;2006年05期
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1 宋晓燕;刘宝林;;真空冷却中上海青下表皮对其传热传质的影响[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年
2 杨院生;惠希东;陈晓明;童文辉;朱仕学;胡壮麒;;激光表面熔凝过程中的热传导和溶质再分配[A];2000年材料科学与工程新进展(下)——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年
3 刘业凤;王如竹;;吸附式空气取水器的吸附床内传热传质分析[A];上海市制冷学会二○○三年学术年会论文集[C];2003年
4 董宇红;陆夕云;;高Prandtl数下剪切湍流传热问题的数值研究[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(上)[C];2005年
5 杨静;朱庆勇;谢铭慧;;混纺材料中传热传质的数值模拟[A];现代数学和力学(MMM-XI):第十一届全国现代数学和力学学术会议论文集[C];2009年
6 李敏杰;王煤;余徽;纪平均;许峰;;竖直环形多孔介质封闭腔体内的自然对流传热传质[A];第一届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(上)[C];2004年
7 张延庆;;钻开油层井眼围岩结构模拟研究[A];第三届全国结构工程学术会议论文集(下)[C];1994年
8 吴志湘;黄翔;宣永梅;;一种适用于工程实践的管式间接蒸发冷却器传热传质数学模型[A];全国纺织空调除尘新技术、新设备、新成果研讨会论文集[C];2007年
9 毛雯萍;孙靖瑜;陆震;曹卫华;李大庆;;垂直管外降膜吸收的理论及实验研究[A];上海市制冷学会一九九七年学术年会论文集[C];1997年
10 杨院生;惠希东;胡壮麒;;金属快速凝固的非平衡超急速传热传质模型[A];2000年材料科学与工程新进展(下)——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年
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1 记者 路平;华工研发出一项节能新装备[N];广东科技报;2009年
2 记者 陈智博;深营路隧道(东洞)工程进展过半[N];鞍山日报 ;2009年
3 刘伟 高建敏;脚踏实地 从细微做起[N];科技日报;2010年
4 特约记者 解小如 通讯员 陈强;山东建技术平台促高效节能[N];中国化工报;2009年
5 ;上海“巾帼创新奖”获奖者名单[N];文汇报;2010年
6 尹登明 骆玉强;内蒙古“硬骨头”工程的背后[N];经理日报;2003年
7 齐欣;特色:立校之本[N];中国教育报;2003年
8 李云喜;二郎山隧道岩爆防治技术[N];中华建筑报;2000年
9 欣闻;山东万吨级丁苯吡胶乳项目投产[N];中国化工报;2004年
10 欣文;东方化学万吨丁苯吡胶乳项目投产[N];农资导报;2004年
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1 王义江;深部热环境围岩及风流传热传质研究[D];中国矿业大学;2010年
2 尚妍;含湿岩土间歇蓄/放热传热传质研究[D];大连理工大学;2012年
3 林芃;氨水降膜吸收传热传质机理及其在两级风冷吸收制冷中的应用研究[D];上海交通大学;2011年
4 薄守石;溴化锂溶液降膜流动及传热传质的数值研究[D];大连理工大学;2011年
5 李英杰;软弱深埋隧道围岩结构特性及支护荷载确定方法研究[D];北京交通大学;2012年
6 黄志刚;转筒干燥器中颗粒物料流动和传热传质过程的研究[D];中国农业大学;2004年
7 齐晓霓;无填料冷却塔的理论与实验研究[D];上海交通大学;2008年
8 蒋斌;地铁站全膜流板式蒸发冷却器传热传质机理研究[D];重庆大学;2010年
9 焦士龙;微波提取中药有效成分实验研究[D];天津大学;2006年
10 保昆雁;中密度纤维板热压工艺的研究[D];东北林业大学;2006年
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1 周晓慧;地道通风系统的传热传质及降温效果分析[D];广州大学;2011年
2 夏晓华;复合工质传热传质性能的数值研究[D];上海交通大学;2013年
3 唐辉湘;散体围岩浅埋隧道的开挖与支护技术研究[D];长沙理工大学;2011年
4 尤琳;青龙水电站引水隧洞围岩变形破坏机制及稳定性研究[D];成都理工大学;2011年
5 刘国兵;HAT循环饱和器内部气液两相测量及传热传质性能研究[D];上海交通大学;2012年
6 王维;盐水降膜与空气逆流直接接触传热传质数值研究[D];浙江大学;2011年
7 柳坤;横纹管强化溴化锂吸收水蒸汽的传热传质实验研究[D];郑州大学;2010年
8 王璐瑶;含湿多孔介质干燥过程传热传质的数值模拟[D];大连理工大学;2011年
9 王丽;部分填充多孔介质复合腔体内流体流动及传热传质的研究[D];山东建筑大学;2010年
10 迟广舟;多孔介质复合腔体内自然对流传热传质的研究[D];山东建筑大学;2011年
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