褐煤自然发火特性实验及数值模拟

 为研究褐煤的自然发火特性,采用恒温加热法,对不同尺寸的立方体网状容器内的煤样进行实验,得到煤样的升温曲线和临界自燃点温度。根据实验条件,应用Fluent软件建立煤样升温过程的温度场、空气渗流场和氧气浓度场三场耦合模型。实验与模拟结果表明：煤体体积越大,临界自燃温度越低;当环境温度高于临界自燃温度值,煤体能够自燃,反之煤体不能自燃;煤体升温过程中的温度场、空气渗流场和氧气浓度场是随着时间变化并且相互影响的。     

煤自燃过程的动态数学模型及数值分析

通过煤自然发火实验和松散煤体粒度与氧化自燃性关系实验，推算出煤自燃过程中一些特性参数的计算公式．根据多孔介质流体力学、传质和传热学理论，建立了松散煤体漏风流流场、氧浓度场和温度场的数学模型．通过实验和理论分析，建立了松散煤体自然发火的三维动态数学模型，分析了模型边界条件的确定方法，并采用有限差分法对二维模型进行了数值求解．     

煤自燃性测试技术及数值分析

利用装煤量850kg的XK型煤自然发火实验台,真实地模拟了煤的自燃过程,根据实验测定的温度场和气体浓度场变化,结合流体力学和传热学理论,推算出不同温度时煤氧复合的耗氧速度,放热强度,为煤自燃性的定量分析及自然发火预测提供理论依据,并根据煤自身的氧化放热性能及其所处的蓄热环境,应用热平衡法推导出煤自燃极限参数的计算方法,为煤自燃预测及防治提供了量化的理论判据。     

煤堆自燃的数值模拟及分析

为研究煤堆在自然堆积状态下的自燃影响因素,将不易现场观测的工程实际问题转化为计算机问题.建立了煤堆自然存放的二维模型以及煤堆自燃问题的能量方程和氧浓度方程相耦合的煤堆自燃发火的数学模型.采用多物理场耦合分析软件COMSOL进行解算.结果显示煤堆在第60天时发生自燃现象,到第100 d时煤堆已经完全自燃,并且氧浓度随着时间呈现三带分布.通过改变煤堆的高度和孔隙率后进行解算,显示出煤堆高度和孔隙率增加时,煤堆更加容易发生自燃现象.结果表明:煤堆自燃现象呈现明显的三带分布,并且孔隙率和煤堆高度与煤堆自燃现象的发生呈现正相关.     

综放采空区自然发火规律动态数值模拟

数值模拟是研究煤层自燃规律,实现自燃预测预报的重要方法.建立了含自然对流、强制对流及扩散的传质、传热与煤氧化相耦合的采空区自燃数学模型;通过现场监测确定了陈家沟煤矿下分层综放开采时,采空区自燃数值模拟相关区域的范围及其边界条件;实验测定了陈家沟矿煤样在不同温度时的耗氧速度和氧化放热强度,并按照Arrhenius定律拟合出其函数关系式;在此基础上实现了采空区自燃的动态数值模拟.开展了系列数值模拟实验,得到了不同工作面推进速度时采空区空气渗流速度场、浓度场及温度场随时间的变化规律.研究得到不发生煤层自燃的工作面最小推进度为3 m/d,当工作面推进度长期小于3 m/d时,采空区进风侧首先出现煤层自燃.     

以氧指标划分采空区自燃“三带”的实验研究

用煤升温氧化实验装置测定不同供氧浓度下煤样尾气中的Ｏ２，ＣＯ，Ｃ２Ｈ２等组份，绘出氧体特性曲线，由曲线标示的激烈氧化温度开始升高、激烈氧化速率开始降低作为判断煤氧化供氧是否充分的标准，划分不自燃带和可能自燃带的合理氧指标为１８％；以激烈氧化阶段不在煤着火温度以下出现作为判断氧化窒熄的标准，划分不自燃带和可能自燃带的合理氧指标为５％或６％。     

综放采空区抽放条件下自燃"三带"分布规律

主要从抽放条件下综放采空区的特点出发,对综放采空区抽放条件下的自燃危险区域进行划分。利用大型煤自然发火实验台,对铜川下石节煤样自燃特性参数(耗氧速度、放热强度和煤层最短自然发火期)进行了实验测定,为抽放条件下综放采空区渗流场的数学模拟提供了基础数据;建立了抽放条件下采空区渗流、氧化和扩散的数学模型,并利用数值模拟对该模型进行求解,得到了抽放条件下综放采空区内的氧浓度分布和漏风强度变化规律;利用数值模拟得到的氧浓度和漏风强度分布结果,结合自燃特性参数,对抽放条件下自燃"三带"进行划分,确定了综放工作面的极限推进速度,为高瓦斯矿井采空区早期自然发火预测及火区治理提供依据。     

矿井采空区漏风问题的迎风有限元求解技术及其应用

为模拟矿井采空区漏风引起的煤自燃与瓦斯问题,建立了采空区"瓦斯-氧"对流扩散过程的迎风有限元统一求解模型。分析了基于伽辽金法的采空区流场有限元求解技术。给出了采空区"瓦斯-氧"对流扩散过程的统一模型,针对标准伽辽金有限元法求解统一模型时计算结果振荡的问题,采用迎风有限元方法得到模型的稳定解。基于三角形单元离散的采空区,给出了以所有节点的压力以及气体浓度为未知数的控制方程组。使用VC++开发了模拟软件,采用典型算例对软件的稳定性与实用性进行了验证,模拟结果表明:煤自燃耗氧导致采空区氧浓度降低,可爆瓦斯浓度范围5%～15%不再适用,采空区内具有瓦斯爆炸危险性覆盖的区域随遗煤耗氧与瓦斯涌出情况而动态变化;开发的软件可以直接划定采空区内煤自燃三带及具有爆炸危险性的采空区区域。     

应用自然发火实验研究煤的自燃倾向性指标

以３种不同变质程度煤样的自然发火实验为基础，通过对表征煤自燃特性参数的测算，分析了它们与煤自燃倾向性的关系，并提出用临界温度、煤耗氧速度、ＣＯ产生率和氧转化为ＣＯ的百分率作为鉴定煤自燃倾向性的指标，是有一定参考价值的。     

大断面全煤巷高冒区自燃过程的三维数值模拟

通过对大断面全煤巷道高冒区特点和影响煤炭自燃因素的分析,根据多孔介质流体动力学、传热和传质理论,建立了高冒区松散煤体自然发火过程三维数学模型。以枣泉煤矿11201面巷道高冒区为例,利用Fluent软件进行了数值模拟,得到了遗煤不同时间各位置的温度场和氧浓度场分布,分析了高冒区自然发火的过程及高温区域的移动规律,明确了高冒区松散煤体的中下部区域为最易自然发火区,是现场防治高冒区自然发火的重点区域。现场实测数据验证了数值模拟结果的合理性。     

电磁场在人体中散射的块模型计算法

从麦克斯韦方程组出发,将生物体中的电磁场视为入射场与散射场的迭加,引入极化电流的概念,导出了电磁波在人体中散射的矢量积分方程。利用矩量法将矢量积分方程化为矩阵方程,取脉冲函数为基函数,δ函数为检验函数,求内积得3N 维的复系数线性方程组。对于 N=82的人体块模型,在垂直极化与水平极化的频率为80MHz 的入射波条件下,所得计算结果与 GANDHI的实验室结果吻合较好。     

规范强引力的场方程

就有挠和无挠两种情况,分别求得了轻子和强子的引力与强引力的含引力规范场的场方程。     

电场高斯定理的普适性

在普通物理的电磁学中,高斯定理适用于静电场,在麦克斯韦方程组中也没有涉及高斯定理的应用范围．本文证明高斯定理不但适用于静电场,在非静电场中也是成立的．可以说：高斯定理是电磁场中普遍适用的场方程．     

场方程的四元数形式Ⅰ

研究了四元数分析与矢量分析的关系,讨论四元数的物理意义,给出了麦克斯韦方程的四元数形式,利用四元数分析由麦克斯韦方程导出了电磁场的波动方程,证明了一些矢量方程,提出了广义场和广义场方程。     

PV型旋风分离器流场的研究

用五孔探针和热线风速仪对高效PV型旋风分离器流场进行了全面的测定.依据流场测定结果,运用平均速度场模式简化雷诺方程,并依据热线风速仪测定结果,给出了涡动粘度的经验计算公式.在将分离器分离空间流场简化为轴对称流场的前提下,对简化了的雷诺方程进行数值求解,讨论了切向速度和轴向速度分布与径向速度分布的关系,并给出了与实测结果吻合较好的切向速度、轴向速度和静压的理论计算结果.     

激光场中氢原子准能级的数值计算

讨论了外激光场中氢原子修饰势的奇点。为了解Ｓｃｈｒｏｄｉｎｇｅｒ方程，提出了一种新的迭代方法，对于圆偏振情况，引进了一种旋转坐标，从而消去了哈密顿量中的时间变量，因此Ｓｃｈｒｏｄｉｎｇｅｒ方程变成定态形式。对激光场中氢原子修饰态的准能级进行了数值计算。     

典型海流磁场的数值模拟

我们采用麦克思韦方程计算了典型海流感应产生的磁场强度,并采用该模型模拟了海流的磁场,证实当海流宽度较大时,不能忽略海流感应的磁场。     

带电粒子平行载流导线运动的轨迹

应用高等数学的方法,采用柱坐标系,分别讨论带正、负电荷的运动粒子,位于无限长直载流导线产生的非均匀磁场中,在初始位置ｒ０附近的运动轨迹．     

铁电多层膜中的退极化场

从最基本的电介质方程出发,给出了铁电双层膜、铁电三明治结构、铁电超晶格中退极化场的表示形式,并详细研究了退极化效应对反铁电耦合的铁电双层膜的极化以及电滞回线的影响.     

核电水泵在热冲击下瞬态热效应的研究和分析（Ⅱ）──三维时变有限元分析和计算

本文首先推导了非耦合热传导方程和拟静态热弹性运动方程的有限元求解公式；然后，根据核电水泵的结构及其性能参数，估算出了水泵不同区域处的对流换热系数；最后，在进行了大量的试算工作和有关数值考核计算的基础上，采用三维时变温度场、热应力和热变形场有限元分析方法，详细考察了核电停堆冷却泵在受热载冲击下各瞬时的瞬态温度场及热应力、热变形场的分布状况和变化行为．本文的研究工作初步形成了对核电水泵机组在热冲击下的瞬态热效应分析的研究方法；同时亦为最终替代代价昂贵的实物实验提供了坚实的理论基础和关键的计算手段．