煤自然发火实验台温度场数值模拟研究

我国有 56%以上的重点矿井存在煤层自然发火危险,煤层自燃火灾是影响煤矿安全生产的主要灾害之一。煤自燃是一个煤氧复合放热为主、自发产生热量及热量积蓄引起煤体升温的非常复杂的物理化学过程。因此,研究煤自燃过程中温度场的变化情况是研究煤自燃参数的前提。 本论文在广泛查阅中外文献和系统总结前人研究成果基础上,采用有限元分析理论、实验研究和计算机模拟相结合的研究方法,基于大型煤自然发火实验台(装煤量1.5t),对煤自燃温度场进行研究。论文从煤自然发火实验的分析、实验台炉体结构的研究入手,以计算机为辅助手段,利用有限元分析软件 ANSYS(ANalysis SYStem)的参数化设计语言 APDL(ANSYS Parametric Design Language)建立煤自然发火实验台有限元模型,通过对模型进行加载求解,得出炉体内煤体上各点在某一时刻的温度情况、炉体内任意一点在煤自燃过程中温度变化情况,以及高温点的移动变化规律;并通过改变漏风强度、散热边界条件、煤样破碎粒度参数对模型进行反复计算,得出各参数与煤自然发火期及高温点移动的关系曲线;实现了温度场可视化三维输出。最后,论文利用东荣三矿煤样实验对该模型进行实例应用,结果证明模型对实验台温度场模拟的有效性。 将有限元分析技术与煤自然发火实验台相结合,对温度场进行模拟研究,目前还属于较新的应用。论文提出了基于 ANSYS 软件的有限元模型,经过分析和实例验证,该模型对实验台温度场动态模拟的方法是可行的。利用该模型模拟实验台温度场可以克服实验条件单一、时间长等不足,通过改变参数多次计算,达到对实验参数优化、节约实验时间的目的。