可燃性多孔介質(zhì)熱量遷移研究.pdf

1、含內(nèi)熱源可燃多孔介質(zhì)普遍存在于我們的日常生活中，研究這類多孔介質(zhì)內(nèi)部的溫度分布，找出其自燃規(guī)律，防止其儲存和運輸過程中自燃現(xiàn)象的發(fā)生，將其安全性定量化具有重要的現(xiàn)實意義。本文從熱自燃理論出發(fā)，以煤粉、彈藥為研究對象，對可燃多孔介質(zhì)內(nèi)部的熱傳導(dǎo)過程進行了全面系統(tǒng)的分析；數(shù)值模擬了這類典型介質(zhì)內(nèi)部的溫度分布及影響因素，并實驗驗證了數(shù)值模擬所采用的模型的正確性。 由于微觀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，目前對具有化學(xué)反應(yīng)的可燃多孔介質(zhì)內(nèi)微觀熱量傳遞過程

2、的研究儀局限于定性的分析。本文首先介紹了熱自燃理論以及化學(xué)反應(yīng)過程的動力學(xué)規(guī)律，分析了活化能、指前因子、反應(yīng)熱等化學(xué)動力學(xué)參數(shù)對溫升的影響。 多孔介質(zhì)的自燃著火現(xiàn)象可簡化為一含內(nèi)熱源項的非穩(wěn)態(tài)傳熱過程，本文在一定的簡化條件下獲得了內(nèi)熱源恒定時一維直角坐標(biāo)、一維柱坐標(biāo)、一維球坐標(biāo)模型的解析解。由于解析解包含無窮級數(shù)，不能清晰的表達出溫度變化趨勢，又采用近似擬合法求得一維平板形煤粉堆積床內(nèi)部的溫度隨時間和空間的分布曲線。 實

3、際情況下內(nèi)熱源項均隨溫度發(fā)生變化，本文建立了以煤粉為研究對象的可變內(nèi)熱源一維直角坐標(biāo)下的傳熱模型，獲得了其內(nèi)部的溫度變化趨勢。計算結(jié)果表明，內(nèi)熱源強度隨溫度變化時溫度上升速率逐步加快，煤粉處于危險情況。計算了球形煤堆在夏季高溫和冬季低溫兩種不同環(huán)境溫度下內(nèi)部溫升情況。 模擬了二維柱坐標(biāo)下彈藥填充床內(nèi)部的溫度分布，分析了內(nèi)熱源項的變化規(guī)律，求解了環(huán)境溫度對彈藥內(nèi)部溫度變化的影響。比較了有限長和無限長圓柱形填充床內(nèi)部溫度分布，結(jié)果表

4、明無限長圓柱內(nèi)部最高溫度上升速率比有限長圓柱溫升快，按照無限長圓柱計算將是最壞的散熱情況，這樣的計算結(jié)果將具有更好的安全保證。彈藥的型號不同，其化學(xué)動力學(xué)參數(shù)就不相同，內(nèi)部的溫升過程就不相同?；罨芊从郴瘜W(xué)反應(yīng)對所需要的能量輸入大小，活化能越低反應(yīng)越容易發(fā)生。指前因子大代表分子碰撞的兒率大，溫度上升就快。一般來講，最危險的放熱反應(yīng)系統(tǒng)是具有低活化能且反應(yīng)熱很大的系統(tǒng)。計算表明，單基彈藥內(nèi)部最高溫度比雙基內(nèi)部最高溫度上升的快。討論了對流換

5、熱系數(shù)、堆積尺寸、孔隙率等對彈藥內(nèi)部最高溫度的影響。得出對流換熱系數(shù)越小，堆積床外徑越大、堆積越緊密，彈藥內(nèi)部最高溫度上升的越快，越容易發(fā)生自燃著火。 實際彈藥溫升非常緩慢，在全尺寸上進行自燃過程的實驗研究需要較長的時間，而且實驗條件難以控制。在本項研究中，采用—小尺寸實驗藥粉填充床來代替實際彈藥。實驗采用恒壁溫條件，測量結(jié)果表明壁面溫度越高，彈藥達到自燃的時間越短；實驗測出的彈藥內(nèi)部最高溫度變化趨勢與同一壁面溫度下數(shù)值模擬結(jié)果