煤自然实验过程中温度场的数值模拟研究

煤自燃是影响煤矿安全生产的主要灾害之一，给矿井生产带来极大的安全隐患。煤自燃的发生和发展是一个极其复杂的、动态变化的、自动加速的物理化学过程，宏观上就表现为温度的逐渐升高。因此，研究煤自燃过程中温度场的变化情况有助于搞清煤自燃的发生和发展过程。 为此，本论文对该问题进行了一定的探索和尝试，在广泛查阅中外文献和系统总结前人研究成果基础上，采用理论分析、实验模拟和计算机模拟相结合的方法，从煤自燃升温的必要条件入手，分析了煤自燃过程中温度场的形成及其影响因素；由于实际条件下煤自燃过程温度场影响因素众多、难以跟踪测定，设计、建造了大型煤自然发火实验台，来模拟现场蓄热情况、漏风状况、浮煤粒度和厚度，依靠煤体自身氧化放热升温，并跟踪测定整个过程中温度和气体的变化情况；利用该实验台对康家滩矿煤样自燃过程的温度场进行了实验研究和分析，发现在实验过程中，炉内煤温最高点一直出现在中心轴处，且随着自燃的发展，高温点向进风测移动，通过减少风量可抑制煤的自燃；并根据传热学的基本理论，建立了煤自燃实验台温度场数学模型，可采用数值计算的方法对其求解，从而减少实验量、节约成本；最后借助于有限元分析软件MSC.NASTRAN对煤自然发火实验台温度场进行了三维实时动态模拟研究，可得到煤自燃过程中炉内任意点煤体温度随时间变化情况以及某一时刻煤体温度场分布，并对比了模拟温度值与实验温度值，发现模拟结果与实验结果基本吻合，充分说明了有限元模型的可靠性。 由于煤的热特性研究属于边缘科学，加上煤自燃本身的复杂性，因此，目前对于煤自燃过程温度场研究很少。本文通过实验和数值模拟方法对煤自然发火实验台温度场进行了初步探讨，以期对研究实际煤自燃的发生和发展提供有益的参考。