資源描述：
《煤火氧化燃燒反應(yīng)—流場—溫度場耦合tga實驗與數(shù)值模擬》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、ChinaUniversityofMining&Technology,Beijing博士學(xué)位論文煤火氧化燃燒反應(yīng)-流場-溫度場耦合TGA實驗與數(shù)值模擬學(xué)院：資源與安全工程學(xué)院學(xué)號：TBP110102052作者：宋澤陽學(xué)科專業(yè)：安全技術(shù)及工程導(dǎo)師：朱紅青2015年6月中圖分類號：TD752.2密級：單位代碼：11413博士學(xué)位論文中文題目：煤火氧化燃燒反應(yīng)-流場-溫度場耦合TGA實驗與數(shù)值模擬英文題目：Thermogravimetricandnumericalinvestigationsoncouplingsofchemicalreactio
2、n,hydraulicfieldandthermalfieldofcoalfires作者：宋澤陽學(xué)號：TBP110102052學(xué)科專業(yè)：安全技術(shù)及工程研究方向：火災(zāi)消防導(dǎo)師：朱紅青職稱：教授論文提交日期：2015年4月14日論文答辯日期：2015年6月8日學(xué)位授予日期：2015年6月24日中國礦業(yè)大學(xué)（北京）摘要煤火是與采煤活動相伴相生的。我國是全球產(chǎn)煤量和耗煤量最大的國家，同時也是受煤火危害最嚴重的國家。隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，我國逐步進入后工業(yè)化時代，政府和社會對資源、環(huán)境、生態(tài)和生活質(zhì)量提出了更高要求，這給傳統(tǒng)粗放型、高污染的煤炭行業(yè)提出了
3、新的挑戰(zhàn)，也是煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型的重要契機。但煤炭作為我國能源主體的地位不會改變。關(guān)于煤炭業(yè)對環(huán)境的負面效應(yīng)，人們把目光集中在了散煤燃燒和火力發(fā)電站向大氣環(huán)境排放的有害煙氣，大幅增加了空氣中PM2.5值，危害人們身體健康。卻忽視了煤火對我國資源、環(huán)境、生態(tài)等造成的巨大危害。據(jù)統(tǒng)計，它每年燒毀了我國上千萬噸的煤炭資源，排放出約57萬噸的溫室氣體（CO2和CH4），約占全世界化石燃料CO2排放總量的0.1%~0.22%。此外，它還排放出大量的有毒有害氣體（例如CO、SO2、H2S、NxO等），造成地表下沉塌陷，破壞當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境等。在目前倡導(dǎo)綠色生態(tài)
4、、綠色環(huán)境的背景下，防治煤火是減少溫室氣體排放、保護煤炭資源和生態(tài)環(huán)境的重要內(nèi)容，也是我國煤炭行業(yè)成功轉(zhuǎn)型不可缺少的一環(huán)。我國煤火主要分布在內(nèi)蒙古、新疆、寧夏、青海、山西、陜西、黑龍江等省份。國家、當(dāng)?shù)卣推髽I(yè)投入了大量的經(jīng)費用來撲滅煤火。經(jīng)過10多年的努力，煤火擴張勢態(tài)得到遏制，撲滅了不少重大煤火火區(qū)。但目前我國仍然存在很多煤火火區(qū)，形勢依然嚴峻。這主要有三點原因。第一，不科學(xué)的采煤方法；第二，煤火的復(fù)雜性，煤火是一種復(fù)雜的多場耦合（氧化燃燒反應(yīng)、流場、溫度場、力場、氣固液耦合等）災(zāi)害；第三，對煤火產(chǎn)生機理和防治技術(shù)的研究不充分。煤火氧
5、化燃燒反應(yīng)-流場-溫度場耦合是煤火多場耦合和煤火產(chǎn)生演化機理研究的重要內(nèi)容，開展這方面的研究對理解認識和防治煤火具有重要意義。本文采用實驗、理論推導(dǎo)、現(xiàn)場調(diào)研和數(shù)值模擬方法對煤火氧化燃燒反應(yīng)-流場-溫度場耦合問題展開研究。首先，采用非等溫TGA（ThermogravimetricalApparatus，熱重）實驗，研究了小樣本煤樣氧化燃燒反應(yīng)-流場-溫度場耦合，具體而言，即在不同的升溫速率下（溫度場），氧氣擴散傳質(zhì)（流場）對煤樣氧化燃燒反應(yīng)速率的影響作用。設(shè)計了3組不同的TGA實驗，分別研究孔內(nèi)擴散、粒間擴散和外部擴散對煤氧化燃燒反應(yīng)速率的
6、影響。第一組實驗是將5種不同粒徑（<74μm、86.5μm、111μm、160.5μm和550μm）的煤粒均勻平鋪在Al2O3平板上；第二組是將最小粒徑（<74μm）的不同質(zhì)量（36mg、44mg和62mg）煤樣填入圓柱形坩堝（Al2O3材料），且通過增加Al2O3墊片材料，保證煤樣上平面與坩堝口齊平，從而排除外部擴散影響；第三組是將最小粒徑（<74μm）的不同質(zhì)量（36mg和44mg）煤樣填入圓柱形坩堝，但不加Al2O3材料，煤樣上平面與坩堝口留有1~1.5Imm距離。對兩種煤樣（分別采自河南能源化工集團常村礦（長焰煤）和新安礦煤樣（貧瘦
7、煤）），以2K/min、5K/min和10K/min升溫速率，通入20ml/min的氧氣和80ml/min的氮氣，對以上3組實驗的煤樣進行加熱和稱重實驗。采用有效性因子衡量擴散傳質(zhì)過程對煤氧化燃燒反應(yīng)速率的限制程度。研究表明，孔內(nèi)擴散和粒間擴散對煤氧化燃燒反應(yīng)速率的限制作用顯著。以5K/min升溫速率和常村礦煤樣為例，由于孔內(nèi)擴散傳質(zhì)限制作用，550μm煤粒平均反應(yīng)速率降至本真平均反應(yīng)速率（不受擴散影響作用）的44%；在粒間擴散影響作用下，62mg-4.2mm粒間擴散距離的煤樣的平均氧化燃燒反應(yīng)速率降至本真平均反應(yīng)速率的74.5%。然而，外
8、部擴散對煤氧化燃燒反應(yīng)速率的限制作用較小。升溫速率、實驗材料的導(dǎo)熱性和煤樣放熱量等也會影響實驗結(jié)果。因此，在煤樣的放熱量和實驗材料的導(dǎo)熱性已知的條件下，選擇合適的升溫速率對準確有
