氧气体积分数对楔形热板煤自燃特性的影响

为了研究氧气体积分数对楔形热板煤自燃特性的影响,建立了二维瞬态煤自燃楔形热板模型,考虑了自燃着火和阴燃蔓延结合的平行反应,具体研究了不同氧气体积分数下煤自燃的温度变化、煤氧化反应速率以及煤体高温点的运移过程。结果表明:建立的模型与实验结果有较好的一致性,随着氧气体积分数的增加煤体易发生热失控,并且对应的最小着火时间在推前;随着氧气体积分数的增加,煤氧化反应速率的峰值大小在逐渐增加,反应速率的极值点大小与氧气体积分数呈指数相关;对于煤氧化反应初期,由于氧气较为充足,煤氧化反应不剧烈,高温点始终位于楔形热板夹角处;随着煤氧反应的加剧,煤体受温度以及氧气浓度的约束,煤氧反应表现竞争氧气的现象,高温点由夹角向自由表面移动,并且低氧部位也向上移动。

置于楔形热板上的煤自燃特性数值模拟

基于着火和阴燃蔓延两步化学反应,构建了煤自燃楔形热板模型,考虑了热对流以及热辐射,研究了置于楔形热板上的煤自燃特性。首先进行了模型可靠性验证,之后对楔形热板上的煤样自热温度特性、自热过程的多物理参数的变化以及最敏感点火位置进行研究。研究结果表明:构建的数值模型与实验结果有较好的一致性,楔形热板上的煤样发生热失控的临界温度为193℃;随着热板温度的升高,最小点火时间逐渐缩短,呈线性递减趋势;煤体温度、氧气体积分数以及气体产物体积分数变化均提前,氧气以及气体产物在发生热失控瞬间迅速变化;未发生热失控时,最敏感点火位置的高度随热板温度升高而增加;发生热失控时,最敏感点火位置的高度随热板温度降低而减小。