氧浓度与风量对煤热物性参数影响的实验研究

为了研究氧浓度与风量对煤自燃过程传热特性的影响,采用激光导热分析仪,研究了不同氧浓度与风量条件下煤的热扩散系数、比热容与导热系数变化特征,发现煤样的热扩散系数随温度的升高总体呈下降趋势,而比热容表现为线性增加,导热系数随着温度的升高呈缓慢的非线性增长特征;纯氧条件下煤的热扩散系数略高于空气气氛,比热容则低于空气气氛,综合效应表现为氧浓度对煤升温过程中导热系数无明显影响;而供风量的增加明显降低了煤样的热扩散系数与比热容,综合表现为导热系数的降低。结果表明:氧浓度对煤氧化升温过程传热特性影响较小,而风量对实验煤样导热系数的变化具有显著影响,是煤自燃传热过程研究应考虑的重要因素。     

不同程度预氧化煤传热特性

选用气煤,预先在程序升温装置中分别氧化升温至80,120,150和200℃,原煤作为对照组,探究煤复燃的热量传递规律。采用激光导热仪FLA457分别测量空气气氛中原煤与预氧化煤在30～300℃内的热物性参数,对热物性参数进行拟合分析,并探究其对温度的敏感性。结果表明:在30～300℃内,随着温度的升高,煤样热扩散系数先减小后增大,比热容逐渐增大并趋于平稳,导热系数逐渐增大。煤样的热扩散系数变化率以及导热系数变化率呈现出先减小后增大的趋势,比热容变化率逐渐减小。在相同温度下,随着预氧化温度的增加,热扩散系数先增大后减小,导热系数逐渐减小,并且原煤的比热容和导热系数均大于预氧化煤的比热容和导热系数。此外,比热容对温度的敏感性最大。实验结果对于煤火灾害防治具有一定的指导意义。     

济南市浅层岩土导热系数影响因素分析

热物性参数的选取对地源热泵系统的换热效率有明显的影响。根据济南市岩土热物性测试数据，通过分析对比获得岩性和导热系数、比热容等热物性参数的相关关系。分析表明，岩石的导热系数普遍大于第四系松散层，岩石导热系数由高到低为沉积岩、岩浆岩、变质岩，灰岩密度、含水率和孔隙率对热物性参数的影响显著。导热系数随密度增大呈线性增加，随含水率增大呈线性减小，随孔隙率增大呈线性减小。得到以孔隙率为单变量的导热系数和热扩散系数的估算公式。所得结论对济南市浅层地热能调查、评价和开发有指导意义。     

咪唑类离子液体对煤热物性参数影响的实验研究

离子液体对煤分子结构活性官能团具有显著的溶解破坏作用,从而可以抑制煤热量传递。为了考察咪唑类离子液体([EMIM][BF4]、[BMIM][BF4]、[BMIM][NO3]和[BMIM][I])对煤热物性参数的影响,使用离子液体对不粘煤进行预处理,通过激光闪射装置LFA 457测定在30~300℃范围内煤样的热物性参数,研究离子液体对煤热物性参数的影响,并分析离子液体预处理煤对温度的敏感性。结果表明:随着温度的升高,煤样的热扩散系数逐渐减小,比热容和导热系数逐渐增大,且温度越高,煤样的热物性参数的变化趋势越弱。在相同温度下,离子液体预处理煤的热扩散系数、比热容及导热系数均低于原煤样。在([BMIM]+)相同的情况下,[BF4]-对煤的热扩散系数抑制效果明显;在([BF4]-)相同情况下,[BMIM]+对热扩散系数的抑制效果明显。从敏感性分析可知,煤样的比热容对温度的敏感性最高,导热系数对温度的敏感性最低。此外,在相同温度下,[BMIM][I]处理煤的比热容和导热系数相对较低。实验结果为离子液体抑制煤自燃以及煤火的传热提供理论依据。     

不同预氧化温度下煤样热物性参数的实验研究

为了研究在不同预氧化温度下煤样热物性参数的变化规律,选取长焰煤进行热物性实验。首先通过程序升温氧化法对煤样进行预氧化处理,分别氧化升温至80,110,140,170,200℃.然后使用激光导热仪LFA 457装置测定在30~300℃温度范围内的煤样热物性参数,研究预氧化处理后煤样的热物性参数随温度的变化趋势,并分析预氧化处理后的煤样对温度的敏感性。结果表明:在30~300℃范围内,随着温度的升高,煤样的热扩散系数呈现出逐渐降低的趋势,而煤样的导热系数和比热容呈现出逐渐升高的趋势,并且温度越高,煤样的热扩散系数的降低趋势以及比热容和导热系数的增大趋势越来越平稳。在相同温度下,预氧化处理煤样的热物性参数均高于原煤样。从敏感性分析可知,比热容对温度最敏感,而导热系数的敏感性最低,且当温度超过120℃时,煤样的预氧化温度越高,其热物性参数对温度的敏感性越低。实验结果对于了解煤层自燃和火灾蔓延过程中的传热具有指导意义,为煤自燃的防治提供理论依据和技术指导。     

孔隙率与饱和度对粉土导热特性的影响

为了研究孔隙率与饱和度对粉土热物理特性的影响,采用ISOMET热特性分析仪对苏州粉土、郑州粉土的重塑样及原状样热物理参数进行测试,从土体三相构成角度分析了粉土热物理参数(导热系数和体积比热容)与孔隙率及饱和度的演化关系。结果表明:当孔隙率一定时,粉土导热系数和体积比热容都随着饱和度增大而增大。粉土的饱和度存在一个临界值,当饱和度小于该临界值时,体积比热容随着孔隙率的增大而减少。孔隙率、饱和度与导热系数成非线性关系,与体积比热容成线性关系。     

成型温度与水分蒸发对地埋管回填材料热物性参数的影响

地源热泵系统的地埋管回填材料在钻孔内成型过程中会受温度的影响,并且成型后可能伴随水分蒸发的现象,这将影响回填材料的热物性参数。在不同石墨替代水泥率条件下,通过试验研究成型温度与水分蒸发对回填材料热物性参数的影响。结果表明,成型温度的升高有利于地源热泵回填材料表面完整性的改善和密度的增加。在相同石墨替代水泥率条件下,随着成型温度的升高,成型后与干燥后的回填材料的热物性参数(导热系数、比热容、热扩散系数)均随之增加。在石墨替代水泥率为10%、13%、16%、19%、22%的前提下,以成型温度5℃为基准,当成型温度为30℃时,成型后和干燥后的回填材料导热系数最大分别上升了14.58%和37.49%,比热容最大分别上升了2.52%和3.34%,热扩散系数最大分别上升了11.79%和36.23%。干燥减小了回填材料物性参数,并且成型后与干燥后的回填材料热物性参数的差值随着成型温度的升高而减小。     

摩擦衬垫动态热物性能及其对瞬态温度场的影响

为了获得GM-3和K25这2种广泛应用摩擦衬垫的动态热物性能及其因与钢丝绳滑动摩擦而形成的温度场,采用闪光导热仪对其进行热分析实验.研究结果表明:K25热物性能参数比GM-3的低;随着温度升高,衬垫比热容迅速增大,热扩散系数呈指数规律降低,导热系数先缓慢上升后稳定不变.针对摩擦提升超载滑动过程,基于热传导理论,采用积分变换法求解,得到衬垫瞬态温度场模型;当考虑动态热物性能参数时,衬垫温升缓慢且达到热分解温度时临界速度较高;用静态热物性能参数计算温度所存在的误差随相对滑速的增大而增大,随圆心角的增大而减小,且沿径向逐渐降低,因此,由于温度的变化,采用静态热物性能参数求得的摩擦温度是不可靠的,只有基于动态热物性能参数所获得的衬垫瞬态温度场才是客观、有效的.     

徐州丰县地区浅层土热物理性质测试与分析

土体的热物理参数对浅层地热能开采、工程建筑的施工、设计等都有着重大的意义,研究土体的热物理性质需紧密结合土体的含水量、密度等参数。文章通过现场对徐州浅层土体的导热系数、比热容、导温系数进行测定,结合相关室内实验,对实验数据进行相关拟合,研究并分析了导热系数、比热容、导温系数随密度、含水率的变化特征。研究表明:随着土体密度的增加,导热系数直线递增,比热容先递增后下降,与密度呈二次函数关系;在土体含水率增加的过程中,导热系数先递增后趋于稳定,比热容呈明显的直线递增趋势;土体导温系数的增减取决于导热系数λ和ρc因子(密度和比热容的乘积)的比值,该试验导温系数随含水率和密度整体呈上升趋势。试验结果定量统计了徐州丰县地区热物理性质参数的变化特征,可为地热系统及存在热流传播的地下工程提供理论指导。     

农林废弃物冷压成型过程热特性分析

针对生物质颗粒冷压成型过程,选取三种常见农林废弃物(木屑、小麦秸秆、玉米秸秆)进行压缩试验,分析含水率、温度及不同压力条件对原料和压缩过程中压块热特性所产生的影响.研究发现:随着含水率的提高,压块导热系数也随之增大,其增加规律基本呈线性变化;相对于木屑,小麦秸秆和玉米秸秆导热系数受温度影响较小,但仍随着温度的升高而升高,而低温(30~60℃)下木屑导热系数受温度影响较大;随着压力的增大,木屑与秸秆压块的导热系数均呈上升趋势,且木屑的导热系数变化较大;各生物质原料及压块的比热容随着含水率的提高均有较大幅度提高,秸秆及其压块受含水率影响更为明显.     

二维淬火温度场的数值计算

建立了旋转体试样淬火过程的温度场计算模型,用有限差分法模拟计算了淬火温度场.对计算中用到的材料参数如体积比热容Cρ、导热系数λ和热扩散系数H进行了实际测量和校正.计算机模拟结果和实测结果吻合较好.     

四氢呋喃水合物热物性非原位测量方法研究

利用HotDisk热常数分析仪对THF水合物导热系数和热扩散系数进行了非原位测量。实验结果表明,温度在254.0~267.0 K时非原位测得的THF水合物导热系数为0.52~0.57 W.m-1.K-1,且随着温度的增加而线性增大,非原位测量的导热系数值与原位测量的导热系数值绝对值相差0.045~0.065 W.m-1.K-1,误差为8%~12%。当温度从267.0 K升高到277.0 K时,非原位测得的THF水合物的导热系数增加剧烈,表现出非线性关系。在254.0~267.0 K时,非原位测得的THF水合物的热扩散系为0.26~0.31 mm2.s-1,并随温度增加而减小。非原位测量的热扩散系数值与原位测量的热扩散系数绝对值相差0.028~0.068 mm2.s-1,误差为10%~22%。原位测量与非原位测量产生的误差,分析认为可能是样品的转移过程中,空气中的水蒸气在水合物表面凝结成冰所致。     

基于正交试验的寒区隧道温度场影响因素敏感度研究

影响寒区隧道温度场的因素众多,建立基于有限差分的隧道非稳态传热计算模型,以实际寒区铁路隧道南山隧道为例,采用正交试验法分别以隧道衬砌内部节点平均温度、隧道某断面衬砌温度和隧道洞口纵向冻结长度为指标对影响隧道温度场的各因素进行敏感度研究.结果表明:不同指标下各因素敏感度排列有局部差异;总体来讲,隧道埋深、洞内风向、隧道断面大小、洞内风速、入口风温、围岩导热系数、隧道埋深是影响隧道温度场的主要因素,围岩比热容、围岩密度是影响隧道温度场的次要因素.在寒区隧道抗防冻设计中,除去围岩比热容、围岩密度、围岩导热系数、入口风温等不可更改因素,对隧道温度场影响较大的隧道埋深、洞内风向、洞内风速、隧道断面大小、隧道埋深等隧道设计参数必须合理设置.     

考虑水化度对热学参数影响的早期混凝土温度场分析

为了更加准确地模拟早期混凝土的温度场,通过试验研究了早期混凝土温度的变化规律,同时基于ABAQUS二次开发平台,考虑早期混凝土热学参数(导热系数和比热容)随水化度的变化规律,开发了温度场子程序UMATHT和用于模拟温度场第3类边界条件的FILM子程序.在此基础上,采用不同的温度场计算模型对试验进行数值模拟,通过实验结果与数值模拟结果的对比得出:考虑比热容及导热系数随水化度的变化过程,数值模拟结果与实测值基本一致,最大误差控制在1.5%以内,达到温度峰值的时间误差控制在0.5 h以内;当不考虑这2个参数随水化过程的变化,数值模拟与实测值存在较大误差,峰值温度误差均在4.6℃以上,达到峰值温度的时间均延长5 h以上.因此在对早期混凝土的温度场分析时有必要考虑导热系数和比热容随水化度的变化.     

材料热工参数对混凝土箱梁横截面温度场的影响

为研究导热系数和比热容对混凝土箱梁横截面温度场的影响,总结了国内外文献中导热系数和比热容的取值范围,实测了某座混凝土桥的箱梁横截面温度日变化曲线,建立有限元模型开展参数分析。分析结果表明,随导热系数增大或比热容减小,顶板和腹板上部的温度日变化曲线峰值增大,峰值出现时间提前。材料热工参数对腹板下部和底板温度日变化曲线的影响可忽略。当导热系数介于1.0～2.0 W/(m·℃)或比热容介于800～1 000 J/(kg·℃)时,温度日变化曲线有限元计算值与实测值吻合较好。材料热工参数对横截面平均温度曲线最大值的影响可忽略,但对横截面竖向正温度梯度曲线影响较大。随导热系数或比热容增大,顶板和底板正温差减小,对腹板影响可忽略。比热容的影响小于导热系数。     

哈密三条湖矿副井冻结岩石物理力学特性试验

冻结岩石的力学特性是矿井冻结壁设计关键参数,通过试验研究国投哈密三条湖一矿副立井冻结岩石的物理力学特性,得到了矿井不同深度岩层冻结状态下(-5,-10,-15℃)的导热系数、比热容及冻结温度相关热物理参数和低温状态下岩石单轴抗压强度、弹性模量、单轴蠕变等参数;并对比分析了岩石低温状态下的物理力学特性,所得结果可为该地区冻结井筒冻结壁和井壁设计提供参考。     

四氢呋喃水合物热物性非原位测量方法

利用Hot Disk热常数分析仪对四氢呋喃(THF)水合物导热系数和热扩散系数进行了非原位测量。实验结果表明,温度在254. 0～267. 0 K时非原位测得的THF水合物导热系数为0. 52～0. 57 W·m~(-1)·K~(-1);且随着温度的增加而线性增大。非原位测量导热系数值与原位测量导热系数值绝对值相差0. 045～0. 065 W·m~(-1)·K~(-1),误差为8%～12%。当温度从267. 0 K升高到277. 0 K时,非原位测得的THF水合物的导热系数增加剧烈,表现出非线性关系。在254. 0～267. 0 K时,非原位测得的THF水合物的热扩散系为0. 26～0. 31 mm~2·s~(-1);并随温度增加而减小。非原位测量的热扩散系数值与原位测量的热扩散系数绝对值相差0. 028～0. 068 mm~2·s~(-1),误差为10%～22%。原位测量与非原位测量产生的误差,分析认为可能是样品的转移过程中,空气中的水蒸气在水合物表面凝结成冰所致。     

预埋碳纤维发热线桥面升温性能影响因素分析

为研究预埋碳纤维发热线桥面的升温性能,使用有限元软件建立温度场模型,分析发热线间距、埋深、温度及沥青混凝土比热容、密度、导热系数对桥面铺装层升温效果的影响.结果表明:结构表面温度与发热线的间距及埋深呈负相关,在环境温度为-5℃,发热线间距、埋深分别为8和4 cm时,加热2 h后结构表面温度处于2.10～3.54℃之间,温度场分布均匀;发热线温度在30℃以上时,桥面温度均大于0℃,且桥面温度随发热线温度升高而近似线性增长;结构表面温度与沥青混凝土的比热容及密度呈负相关,但影响较弱;沥青混凝土导热系数自3 600 J·m~(-1)·h~(-1)·℃~(-1)提高至4 800 J·m~(-1)·h~(-1)·℃~(-1)时,桥面温度可提高86%.总之,结构表面温度与沥青混凝土的导热系数呈正相关关系,且受影响较大;发热线间距为8 cm、埋深为4 cm时,升温性能最佳.     

岩石导热系数影响因素及预测研究综述

岩石导热系数在地热开发、地下工程、盆地演化等诸多方面有着重要作用,随着研究的深入,获取深部连续地层的导热系数进行精确定量化的研究是必然趋势。本文对岩石导热系数的影响因素及规律进行了总结归纳并用实测数据进行验证,对目前深部地层导热系数的预测方法进行了分析探讨。主要影响因素有组成成份、孔隙度、密度、温度等;导热系数一般沉积岩大于岩浆岩、砂岩大于泥岩;孔隙度在10%以下时其变化对导热系数影响较大,后随着孔隙度增大,对导热系数的减弱效果变弱;导热系数与密度呈线性正相关;岩石导热系数随温度升高而降低,当温度大于150℃时,温度升高对砂岩导热性能的影响效果逐渐减弱。深部连续地层导热系数预测方法主要有地球物理测井预测、分布式光纤监测预测。地球物理测井预测具有数据获取简单、测井技术成熟等优点但预测精度不高且地区差异大;光纤监测预测具有数据精度高、实时监测等优点但数据量大且深井设备安装困难,两种预测方法都具有广阔的发展前景。     

热参数扰动下一维相变传热定解问题的稳定性研究

研究热参数扰动对一维相变传热方程解的稳定性的影响,应用存在解析解的一维相变传热定解问题,运用数值试验研究了热参数存在误差时,中间值γ、相变面位置及各相温度的变化规律.寒区工程热稳定性的维护取决于对其温度场的准确计算和预测,温度场计算是一个相变导热问题,计算所用的热参数由试验测定,所产生的试验误差难以避免,热参数的误差或扰动是否会引起相变导热问题中相变界面及温度场产生误差是一个微分方程稳定性问题,然而,相变导热问题由于其强非线性,目前尚无解析方法对其稳定性进行判断与分析.分析计算表明,中间值γ的扰动受已冻区比热容c1影响最大;相变面位置的扰动受已冻区导热系数k1影响最大;各相温度场分布主要受该相热参数的影响,而对其它相的热参数不敏感.研究结果可以为寒区工程温度场计算时热参数的测试方法、测试精度等提供科学依据.