散堆硫化矿石典型导热特性研究

论文摘要

硫化矿石氧化自热引起的内因火灾一直是伴随硫化矿山开采的重大威胁之一,对硫化矿石热传导及其特性的研究是了解自燃火灾产生和发展过程的重要手段,也是对自燃火灾预测预报工作的基础性研究。硫化矿石堆可看作是一种散体多孔介质。本文对多孔介质的基于传统几何、分形理论以及逾渗理论的多种有效导热系数模型进行了概述,对其特点及适用性进行介绍,并选取其中的并联模型、串联模型、几何平均模型及张杨逾渗模型对硫化矿石的有效导热系数进行了计算。试验是获得各种物质导热系数值的最主要和最准确的来源,本文采用经典热线法对不同温度下不同粒径的散堆硫化矿石导热系数进行了测量。试验结果表明矿石的有效导热系数在0.3～0.6W/m·℃之间,并随温度上升而缓慢增大,基本上与温度呈直线关系;而导热系数与粒径的关系则是呈现出开口向上的抛物线规律。文中还进行了误差分析,结果表明试验总误差都在4%以内,满足工程的要求,同时针对误差的来源,提出了消除或减小误差的措施和方法。在获得了导热系数的基础上,本文建立了硫化矿石堆导热模型,并对其导热微分方程进行了数值计算和模拟。计算结果清楚的表明在约第12天时矿堆温度开始加速升高,每天的增温量逐渐上升超过40℃,矿堆在此段时间内处于高速氧化阶段;在约第20天的时候,温度上升到300℃左右,矿堆基本上已经燃烧起来了。另外模拟结果还显示导热系数值对矿堆进入加速氧化阶段的时间起决定性的作用。所得结论对硫化矿石堆自燃火灾的预测预报及防治措施的选择和制定能起到重要的指导作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的目的及意义
• 1.2 硫化矿石热自燃特性研究现状
• 1.2.1 自燃机理
• 1.2.2 自燃各阶段特征
• 1.2.3 硫化矿石氧化及放热速度
• 1.2.4 矿堆氧化自燃时间数学模型
• 1.3 主要研究内容及技术路线
• 第二章 多孔导热模型及散堆硫化矿石导热模型计算
• 2.1 多孔介质概述
• 2.2 多孔介质导热模型研究的两种新方向
• 2.2.1 分形
• 2.2.2 逾渗
• 2.2.3 多孔介质的分形及逾渗研究
• 2.3 多孔介质有效导热系数的理论模型
• 2.3.1 基于传统几何的导热系数模型
• 2.3.2 基于分形的导热系数模型
• 2.3.3 基于逾渗理论的导热系数模型
• 2.4 多孔介质有效导热系数的主要影响因素
• 2.5 硫化矿石有效导热系数的模型计算
• 2.5.1 主要参数的确定
• 2.5.2 计算结果
• 2.6 小节
• 第三章 散堆硫化矿石导热系数的实测研究
• 3.1 实验方法介绍及方案的确定
• 3.1.1 导热系数测量方法介绍
• 3.1.2 热线法概述
• 3.2 试验系统及实验步骤
• 3.2.1 实验装置
• 3.2.2 实验步骤及说明
• 3.3 试验结果处理及分析
• 3.4 试验误差分析
• 3.4.1 系统误差
• 3.4.2 随机误差
• 3.4.3 误差计算
• 3.5 小节
• 第四章 硫化矿堆动态温度场数值仿真研究
• 4.1 多孔介质导热概述
• 4.2 导热方程的求解方法
• 4.2.1 分析解法
• 4.2.2 近似分析解法
• 4.2.3 数值解法
• 4.3 矿石堆导热的数值解
• 4.3.1 建立导热方程
• 4.3.2 区域离散化
• 4.3.3 方程离散化
• 4.3.4 计算参量确定
• 4.3.5 离散方程计算方法及结果
• 4.4 小节
• 第五章 结论及展望
• 5.1 本论文主要结论
• 5.2 研究工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要研究成果