高温矿井深部热源分析与降温措施模拟研究——以南方某硬岩铀矿井为例

在全球能源需求不断增长的背景下,各类型矿产资源的开采速度正在加快。然而随着开采深度的增加,高温热害问题逐渐凸显。高温热害问题不仅影响各类机械设备的正常运行,还对矿井安全生产构成了严重威胁。笔者以南方某硬岩铀矿井为例,分析了矿井热害问题的产生原因及影响;通过数值模拟等方法,深入研究了该矿井的围岩热物性参数、矿井地温场及深部热环境等,分析了该矿井目前存在的问题,并提出降温技术方案。

驱动源及低温热源双向梯级利用热泵工艺研究

为提高一次能源利用效率,针对大庆油田吸收式热泵余热提取工艺进行了改进,采用驱动源和低温热源双向梯级利用热泵工艺,提高了能源利用效率。传统热泵工艺COP为1.7,采用双效梯级利用工艺COP达到2.7。双向梯级利用热泵工艺为耦合蒸汽直拖离心式热泵和蒸汽驱动吸收式热泵对余热余压梯级利用的工艺流程,利用中温中压蒸汽梯级驱动两级热泵,充分发挥了蒸汽的做功能力;同时梯级提取含油污水低温余热,使含油污水温度从35℃降至21℃,传统热泵工艺从35℃降至25℃。综合能源利用效率较传统热泵工艺提高了50%。

水环热泵系统辅助热源容量设计与调控策略

提出采用工况分析法设计水环热泵系统辅助热源容量,利用循环水能量变化量逆推建立辅助热源容量模型,并以天津地区某办公建筑群为实例,设计3种辅助热源容量方案,采用负荷与水温2种热量调控方案分析辅助热源对系统运行的影响,并采用负荷能耗分析法分析控制方案。测试结果表明:3种辅助热源容量方案均能够保证系统正常运行,按55%负荷率选取设计容量时,系统能效最高;优化中低负荷的供热量、实现机组与辅助热源能量平衡是提升系统能效的关键技术;相比负荷控制,水温调节更适宜水环热泵系统。

深部矿井高温采煤工作面热源及温度场演化规律分析

深部矿井开采面临严重的热害问题,其成因复杂且防治难度大。研究高温采煤工作面热源及温度场演化规律对深部矿井热害防治具有重要意义。以平煤股份十矿为工程背景,对己_(17)-24090采煤工作面风流热力参数进行现场调研,分析了工作面热源及其对井下温升的贡献度,并进一步建立采煤工作面温度场数值模型,明确了采煤工作面温度场演化规律。研究结果显示,引起井下温升的主要热源是围岩散热和机电设备散热,散热量分别占总热源散热量的28.2%和20.6%;地表大气对己_(17)-24090采煤工作面的温度场影响不大,风流在到达工作面之前已经趋于热力学稳定状态;在同一通风时间下,距离机巷口越远,温度越高;在距离相同时,随着通风时间的增加,温度上升幅度有所减缓。研究成果可为深部矿井热害治理工作及降温工程设计提供参考和理论依据。

江西吉安钱山地区地热资源特征及热源机制

位于罗霄山脉北支武功山西南地区的钱山地热田是研究武功山地热资源的关键地区。本文综合区域地质、研究区地质特征、热物性参数、水化学特征、锆石同位素等方法,重点分析了钱山地区的地热系统特征,深入研究了钱山地热的构造背景和热源机制。研究表明:(1)NE–SW向的和平—三江断裂是钱山地热重要的导热和控热构造;(2)水化学及同位素特征指示钱山地区的地热水和冷水均为大气降水补给;(3)早志留世黑云二长花岗岩热导率特征表明花岗岩具有很好的导热效果和聚热能力;(4)黑云二长花岗岩放射性生热率较低且时代久远,揭示放射性元素生热和岩浆岩余热对热源做出的贡献非常小,钱山地热的热源主要来自壳源深部地热。本研究可为武功山地区地热资源成因及合理开发利用等提供重要的启示。

选区激光熔化镍基合金IN625数值仿真热源模型比较研究

热源模型的选取对数值模拟增材制造过程中准确预测温度场分布和熔池形貌至关重要。本文选取面热源模型、体热源模型和双椭圆热源模型进行对比分析。3种热源模型被汇编成用户自定义子程序嵌入Abaqus/Standard仿真软件中用于镍基高温合金IN625选区激光熔化过程中最高温度和熔池形貌的预测。仿真与实验结果对比表明,双椭圆模型可以较好地预测熔池几何形貌,而体热源模型在预测最高温度值时准确度更好。相比之下,面热源模型在预测最高温度和熔池形貌时准确度最差。研究结果表明,在开展深入研究之前,热源模型的校准修正是提高效率和模拟准确性的前提。

云南区域夏季风雨季爆发前后大气热源和云量特征

本研究应用2001~2020年欧洲中期天气预报中心第五代再分析资料(ERA5)的气象场及卫星反演的降水和云量资料,研究了云南区域夏季风雨季爆发前后大气热源和云量的气候特征。研究结果表明:(1)云南区域的大气热源和云量会受夏季风环流的强烈影响,有着明显的逐月变化。6月受来自孟加拉湾东部的西南气流水汽输送影响,云南季风雨季爆发,大气总热源(特别是降水凝结释放的潜热)和云量较4~5月明显增强,而地表感热和大气辐射冷却作用减小。(2)基于Wang and LinHo(2002)方法计算的2001~2020年期间云南夏季风雨季的平均爆发时间约为第31候,区域大气总热源(潜热)和云量均与降水呈现出高度的时间相关性,而且云南区域大气热源和云量随夏季风雨季的时间变化呈现出与相邻的南亚热带季风区相似的单峰年变化特征。(3)云南夏季风雨季爆发时间存在明显的年际变化,雨季爆发偏早(晚)年的合成结果表明:在偏早年雨季爆发时,来自孟加拉湾东南部的低层西南气流可直达云南区域,该区域上空为辐散气流,有利于区域上升运动,云南区域大气总热源(潜热)和云量明显强于偏晚年;偏晚年同时段的孟加拉湾南支槽偏弱,西太平洋副高位置明显偏西,不利于云南区域上升运动和降水。在雨季盛期,偏早和偏晚年的区域降水率接近,偏晚年的区域大气总热源(潜热)和高云量值略高于偏早年。

内热源影响下高压电力电缆着火机制

为探究高压电力电缆因过载或短路且线芯发热影响下的着火机制,使用加热棒模拟电缆内部故障热源,并开展电缆着火试验,分析内热源功率及电缆线芯截面积对电缆温升、着火时间等着火关键参数的影响,发现电缆从被加热至着火到燃烧的全过程可分为初期加热、热解气体逸出、着火、燃烧及熄灭4个阶段。结果表明:绝缘层熔融物的滴落会导致火焰形态发生变化,电缆各结构层表面温度的升温速率随内热源功率的增加及与内热源表面距离的减小而增大,功率的增加弱化了电缆线芯截面积对各层升温速率的影响;电缆的着火时间与内热源功率呈线性递减的关系。

基于粒子群算法确定热源参数的EH40/316L高功率激光焊接温度场模拟

焊接瞬态温度场对焊接残余应力与变形模拟结果具有重要的影响,为提高EH40/316L高功率激光焊接的温度场模拟精度,开发了用于热源模型经验参数优化的智能计算方法.该方法利用MATLAB软件随机生成热源模型的经验参数,调用ANSYS软件执行焊接温度场模拟的APDL命令,并在计算完成后返回结果数据,然后通过借助粒子群算法的群体智能和进化智能的优点,根据预测结果生成新的热源经验参数,进行迭代计算,直至预测结果为最优结果;同时,为提高收敛速度,将有限元几何模型简化为原模型的1/5.基于该方法,开展了10个热源模型经验参数优化案例的计算,并根据优化结果分析了热源模型的参数敏感性.结果表明,该方法实现了温度场的准确预测,其中10个优化案例的平均计算时间为30.3 h,最大、最小和平均预测误差分别为2.84%,2.06%和2.16%;同时,由预测误差和热源经验参数的响应曲面可知,两者之间具有复杂的非线性关系,其数学函数为多谷函数.

基于热源网络法的永磁式电磁制退机热特性研究

永磁式电磁制退机以磁场为能量传输介质,有望彻底解决传统液压式制退机液体泄漏、阻力规律稳定性差等问题。然而电磁制退机工作过程中的热特性变化规律尚未探明,限制了电磁制退机的进一步发展。依据电磁制退机的结构,建立了热源网络温度场分析模型,计算了电磁制退机各主要部件的热参数,结合热路传播路径编写了温度场计算程序,得到了火炮后坐过程中电磁制退机不同时刻的瞬态节点温度,探究了电磁制退机瞬态工作过程中的温度传播规律与分布特性。同时建立有限元模型,对热源网络分析模型进行了验证。最后充分利用热源网络模型计算效率高的优势,开展了连发射击工况下电磁制退机的热特性研究、失效预测和冷却措施探究,为电磁制退机的工程设计提供了参考。

短电弧磨削蜂窝环热源公式研究及温度场仿真

为预测不同电压下常规短电弧磨削蜂窝环加工深度的影响,对短电弧磨削蜂窝环温度场仿真热源公式进行了研究。针对热源系数与电压的关系,通过ANSYS软件研究得出的热源公式,并对短电弧磨削蜂窝环温度场仿真。研究了适用于不同电压下短电弧常规磨削蜂窝环的热源公式,通过温度场仿真结果,分析了不同电压磨削蜂窝环的温度分布及变化趋势。结果发现:得出的热源公式适用于不同电压下短电弧磨削蜂窝环加工的温度场;仿真温度云图的变化规律以及分布情况符合短电弧磨削加工的实际情况,仿真结果误差在5.9%以内,吻合度较好,为预测加工深度提供了理论依据。

基于AHP-CRITIC的集中空调冷热源系统用能画像分析

近年来,随着集中空调系统的应用日益普及,空调能耗呈增长趋势。空调能耗在建筑运行能耗中占据较大的比重,一个合理的集中空调系统能够有效地降低建筑对能源的需求。为此,本文构建了集中空调冷热源系统用能特性评价指标体系。从冷/热能利用、电能利用、系统能效及碳排放特性4个方面构建了相应的评价指标,建立了包括目标层、准则层和指标层的指标综合评价体系。利用层次分析法(AHP)与客观权重赋权法(CRITIC)确定了指标权重并计算了综合用能特性分值,建立了集中空调冷热源系统用能画像。以某办公楼集中空调冷热源系统为例,得到了其夏季工况和冬季工况的用能画像结果,验证了所提方法的有效性。

基于平面热源-热流计法确定墙体热阻的影响因素分析

通过试验验证了平面热源-热流计法测试墙体热阻的可行性,并利用ANSYS软件建立墙体二维传热模型,通过模拟计算研究了平面热源加热面积、墙体两侧温差、测点布置和双面加热对墙体热阻值的影响。研究结果表明:墙体冷热侧温差越大,达到稳定传热时间越长,导致热阻值误差更大,建议墙体两侧温差在20℃时进行热阻测试;加热面积从0.3 m×0.3 m增大到1.2 m×1.2 m,使得一维传热区大小从0.11 m增加到0.27 m,热阻值误差降低至0.5%;测试测点应布置在靠近水泥砂浆层的区域;双面加热测试热阻值误差比单面加热低2%。

多热源作用下加料滚筒内不同截面的温度分布研究

卷烟制丝加料过程中,滚筒内的温度影响烟叶的舒展、伸缩特性,进而影响卷烟产品感官质量。基于红外热成像技术和外径8 mm铜管装置,搭建加料滚筒试验平台,对烟叶在不同热源作用下的温度场变化展开研究。结果表明:随着热源的作用,各截面的温度逐渐增加,同一时刻各截面的温度从入料端到出料端逐渐递减;在蒸汽作用下,温度的增加较快但存在一定的波动;在热风作用下,温度的增加较平稳但增加速率缓慢;在蒸汽及热风的共同作用下温度增加较快且较平稳。

考虑Gauss移动热源瞬态效应的传热结构拓扑优化

针对热源位置随时间发生变化的结构热传导问题,考虑Gauss移动热源进行瞬态热传导拓扑优化设计.分别以整个时间历程内传热结构散热弱度最小化与区域温度最大值最小化为设计目标,体积分数为约束条件,采用伴随变量法推导目标函数与约束条件的敏度信息,借助移动渐进线法更新设计变量,研究了不同Gauss热源移动路径与移动速度对拓扑优化结果的影响.结果表明,瞬态拓扑结构相较于稳态结果具有明显时变性,同时最佳传热构型受到热源加热时间和移动速度及路径的多重影响.

某温泉庄园热源方案技术对比分析

随着热泵技术的快速发展和煤改电政策的推进,空气源热泵的应用优势越来越凸显。以大连某温泉庄园热源设计为例,结合业主意愿和要求,提出三种热源方案:温泉水经板换换热的直供方案;温泉水板换换热和水源热泵联合供暖;采用空气源热泵供暖。对三种设计方案进行了技术经济对比分析,提出空气源热泵供暖方案是最经济的。在保证电力可靠,安全运行的同时,合理利用能源,提高了经济效益。

基于热源量化的高温隧道动态综合降温措施研究

为了实现高温隧道降温措施动态化、精准化设计,基于理论分析和现场实测,依托某高岩(水)温铁路隧道,对隧道内的高温热水、围岩、施工机械、水泥水化、爆破、施工人员散热量及不同降温措施冷量进行了理论分析研究,并根据风流温度和能量平衡原理得到了不同工况下高温隧道的冷量缺口。结果表明:高温围岩和超高温热水是隧道内的主要热源,其中高温热水散热量比例达到总散热量的50%以上;洞内放置冰块产生的冷量较小,通风带来的冷量较大,但其冷量会随着通风距离的增加而减小,其衰减规律可用二次曲线近似表示;200 m^(3)/h高温热水理论计算得到的换热风流温度31.8℃与现场实测温度31.0℃基本吻合。本文采用的分析方法获得的冷量缺口可作为选择机械制冷和降温措施动态化设计的理论依据,也可为类似的高温隧道降温设计提供参考。

瞬态平面热源法加厚探头的数值模拟研究

瞬态平面热源法(TPS)的理论假设限制了该方法的使用场景,为此该文研究了加厚探头的导热系数测量精度并提出热容修正模型。利用COMSOL Multiphysics软件建立5501型探头的三维模型和增加镍丝厚度形成的加厚探头模型,根据模拟得出的温度历史数据绘制探头温升曲线,结合无量纲时间函数,迭代拟合得出待测样品的导热系数,并探讨加热功率及加热时间对加厚探头测量精度的影响。结果表明:由加厚模型得出的导热系数相对误差显著增大;随着加热功率的提高,材料导热系数测量误差减小;热容修正模型在测量不同材料时的修正幅度,与探头比热容相对待测材料比热容的大小呈正相关;使用热容修正模型后探头测量导热系数的相对误差在1.5%以内。研究证明提出的加厚探头结构及修正模型能够满足TPS法对导热系数测量精度的要求,同时提高探头强度使其适应较为复杂的使用环境。

含内热源密闭空间两级半导体制冷器瞬态特性分析

针对工作在含内热源密闭空间的空冷和热管式两级热电制冷装置,分别建立了瞬态性能计算模型,得到了制冷空间温度、模块两端温差,以及制冷系数随时间的变化规律;对比两种散热方式对装置特性的影响;分析了工作电流和热电偶热冷两级面积比,对温度、耗时和制冷系数的影响。结果表明:当元件功率为6W时,空冷和热管式制冷器温度分别比无热源时升高了8.28和7.86℃,热管式的制冷温度比空冷式低1.85℃,制冷系数比空冷式高12.12%。

井下移动热源对深部巷道风流环境影响研究

为探究深部巷道内移动热源对巷道风流环境的影响,以新城金矿为工程背景,对深部某中段运输巷道进行风温风速监测,通过现场调研和理论公式计算新城金矿深部巷道燃油设备放热量,基于Fluent有限元软件,模拟不同风流情况下移动热源的动态响应,分析移动热源对深部巷道风流环境的影响。结果表明:监测段巷道平均风速为1.91 m/s,平均风温为33.38℃;热源在顺风移动时对前端和尾部风温均产生影响,风温随距离增加逐渐减小,在热源前端15 m处趋于稳定,稳定风温为33.75℃,并在热源尾部2 m范围内持续产生高温;热源逆风移动时仅对尾部风温产生影响,风温在热源尾部0~20 m逐渐变小,并在热源尾部20 m处趋于稳定,稳定风温为34.12℃;热源逆风移动时对风流的影响范围比顺风移动时大,逆风移动时风温比顺风移动时高0.37℃。