基于固-气耦合的不同氧气条件下煤粉点燃数值研究

平面热板实验是评价煤粉自热和着火危害最常用的方法,特别适用于煤粉在热表面积聚的情况。针对目前基于热板实验的煤粉着火特性的研究缺乏对煤粉与空气相耦合的煤粉着火特性的数值研究问题,在文献[9]的基础上,建立了固-气耦合的煤自燃多物理场数值模型。模拟结果表明:烟煤煤粉的厚度分别为5,12.5,20,30 mm,直径为100 mm,煤粉发生热失控情况时,烟煤煤粉在30 min之前缓慢升温到170℃,在煤粉层中心处出现高温区域,在37 min时突然发生热失控。烟煤煤粉未发生热失控情况时,煤样在30 min后温度变得稳定,温度低于150℃,不存在明显高温点。模拟结果与文献[9]的实验结果有较好的一致性。在更厚烟煤煤粉条件下,对该数值模型最小点火温度与文献[9]结果进行对比,两者差异较小,验证该数值模型的可靠性。基于该数值模型,分析了不同氧气体积分数条件下烟煤煤粉自燃特性,结果表明:(1)随着烟煤煤粉厚度增加,最小点火温度呈减小趋势。(2)热失控阶段,高温区域位于煤粉中心上部位置。(3)煤粉前期温升是由于热板热传递导致,随煤粉温度增加,煤氧化反应主导因素由热量转变为氧气。(4)煤粉温度峰值随氧气体积分数线性增加,点火延迟时间随氧气体积分数呈指数减小。