干燥巷道围岩传热对平巷风流温度影响研究

井下巷道中的风流温度受到多种因素的影响,如原岩温度、围岩传热性能、风流与围岩的热交换时间、其他热源等,其中围岩传热起主要作用。为分析围岩传热对风温的影响,以干燥巷道为例,根据巷道围岩与风流热交换规律,通过理论计算,分析水平巷道围岩与风流热交换对风温变化的基本影响规律,为矿井通风设计提供较精确的预测值,使矿井通风设计更精细。

不同风量及围岩温度下围岩传热的实验研究

针对深井地下围岩传热大、不稳定的难题,结合围岩传热的基本原理,采用'模拟巷道通风系统+围岩温度模拟实验系统+数据采集系统'的方式,实现了对围岩传热模拟巷道实验系统的设计,详细介绍了围岩传热实验系统的构成、工作原理以及实验系统相关的硬件及软件,并通过多组实验验证了不同围岩温度及不同风量下的模拟巷道进出口温度变化特性,定性、定量分析了围岩传热的机理,为井下通风降温及制冷降温提供技术支撑。

考虑围岩传热的深埋引水隧洞TBM施工通风模拟

深埋引水隧洞的储热作用及TBM施工过程中的围岩散热导致通风降温除尘十分困难。相关研究仅考虑了隧洞壁面与风流的热交换作用,而忽略了围岩内部热传导的影响;同时,目前有关围岩温度场的研究大多将岩石导热系数视为围岩导热系数,忽略了裂隙填充介质对围岩传热的影响。针对以上两方面的问题,提出基于多边形离散裂隙网络模型的围岩等效导热系数分形分析方法;进而建立综合考虑围岩内部热传导和隧洞壁面与风流的对流热交换的深埋引水隧洞TBM施工通风Euler-Lagrange两相流数学模型。结合实际工程的分析表明该工程围岩等效导热系数为0.47 W/(m·K),远低于岩石导热系数3 W/(m·K)。将本模型和传统模型的模拟结果与实测数据进行对比,验证了本模型的准确性、一致性和有效性。研究结果可为相关深埋引水隧洞TBM施工通风提供理论指导。

风流温度周期性变化的围岩传热数学模型研究

针对深井围岩传热问题,建立了风流温度周期性变化的围岩传热模型。通过对巷道进行特性优化,构建了巷道围岩传热的物理模型,基于物理模型建立了径向一维非稳态传热模型,在此基础上对风流温度的周期性变化与围岩散热的数学关系进行了研究。通过求解得出受风流温度周期性变化的巷道壁面温度以及围岩散热量的表达式,为深井降温提供了技术支撑。

地铁隧道围岩简化模型研究

建立一种地铁隧道围岩简化RC传热模型,模型参数直接根据围岩的物理参数及热物性参数进行计算。并采用围岩的频域有限元模型作为基准模型对简化模型进行验证。结果表明,在核心层采用将隧道周围土壤分为左右相同的两个部分进行并联,隧道空腔部分等效成中间面积相等的矩形空腔的方法确定热容热阻参数可以获得准确的围岩简化RC传热模型,该模型与围岩的频域有限元模型(基准模型)在中低频区域(<10^(-4)rad/s)吻合很好。该简化RC模型容易与TRNSYS等热湿模拟软件包集成,能够更方便快捷地进行热特性计算与分析,并用于工程设计指导与参考。

巷道调热圈半径及其温度场分布的数值模拟研究

为探究巷道围岩传热过程中调热圈温度场的分布,建立25组数值试验模型模拟调热圈传热过程,并选定原岩温度、调热圈半径、热导率为影响因素,以巷道壁面温度为目标因子,进行正交试验分析,得出各因素对壁面温度的影响大小依次为原岩温度>热导率>调热圈半径。运用统计分析,拟合出壁面温度热力学计算式,其相关系数达到0.996。同时,在前期研究基础上,探讨巷道通风时间因素和调热圈半径之间联系,得到调热圈半径与通风时间的拟合计算式。将2个计算式联立可以作为巷道壁面温度表征公式,用于预测巷道壁面温度。