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(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)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(shí)意義。本文從熱自燃理論出發(fā)，以煤粉、彈藥為研究對(duì)象，對(duì)可燃多孔介質(zhì)內(nèi)部的熱傳導(dǎo)過(guò)程進(jìn)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(duì)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(guò)程

2、的研究?jī)x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(guò)程的動(dòng)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(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)溫升的影響。 多孔介質(zhì)的自燃著火現(xiàn)象可簡(jiǎn)化為一含內(nèi)熱源項(xiàng)的非穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程，本文在一定的簡(jiǎn)化條件下獲得了內(nèi)熱源恒定時(shí)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(wú)窮級(jí)數(shù)，不能清晰的表達(dá)出溫度變化趨勢(shì)，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(shí)間和空間的分布曲線。 實(shí)

3、際情況下內(nèi)熱源項(xiàng)均隨溫度發(fā)生變化，本文建立了以煤粉為研究對(duì)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(shì)。計(jì)算結(jié)果表明，內(nèi)熱源強(qiáng)度隨溫度變化時(shí)溫度上升速率逐步加快，煤粉處于危險(xiǎn)情況。計(jì)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(xiàng)的變化規(guī)律，求解了環(huán)境溫度對(duì)彈藥內(nèi)部溫度變化的影響。比較了有限長(zhǎng)和無(wú)限長(zhǎng)圓柱形填充床內(nèi)部溫度分布，結(jié)果表

4、明無(wú)限長(zhǎng)圓柱內(nèi)部最高溫度上升速率比有限長(zhǎng)圓柱溫升快，按照無(wú)限長(zhǎng)圓柱計(jì)算將是最壞的散熱情況，這樣的計(jì)算結(jié)果將具有更好的安全保證。彈藥的型號(hào)不同，其化學(xué)動(dòng)力學(xué)參數(shù)就不相同，內(nèi)部的溫升過(guò)程就不相同?；罨芊从郴瘜W(xué)反應(yīng)對(duì)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(lái)講，最危險(xiǎn)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(jì)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(duì)流換

5、熱系數(shù)、堆積尺寸、孔隙率等對(duì)彈藥內(nèi)部最高溫度的影響。得出對(duì)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(shí)際彈藥溫升非常緩慢，在全尺寸上進(jìn)行自燃過(guò)程的實(shí)驗(yàn)研究需要較長(zhǎng)的時(shí)間，而且實(shí)驗(yàn)條件難以控制。在本項(xiàng)研究中，采用—小尺寸實(shí)驗(yàn)藥粉填充床來(lái)代替實(shí)際彈藥。實(shí)驗(yàn)采用恒壁溫條件，測(cè)量結(jié)果表明壁面溫度越高，彈藥達(dá)到自燃的時(shí)間越短；實(shí)驗(yàn)測(cè)出的彈藥內(nèi)部最高溫度變化趨勢(shì)與同一壁面溫度下數(shù)值模擬結(jié)果