基于固-氣耦合的不同氧氣條件下煤粉點(diǎn)燃數(shù)值研究

要華偉，何曉東，王喆

（1.山西焦煤西山煤電集團(tuán),山西 太原 030053；2.中煤科工集團(tuán)沈陽研究院有限公司,遼寧 撫順 113122）

0 引言

煤炭在當(dāng)前及未來很長時間內(nèi)都將是主要的能源之一[1-2]。在很多煤礦工業(yè)場景中，煤會以粉塵形式覆蓋在不同機(jī)械設(shè)備上，且在煤運(yùn)輸及儲存的環(huán)境中也會長期沉積煤塵[3]。在一定條件下，由于設(shè)備加熱或沉積的煤塵熱量積蓄，煤粉會發(fā)生突然性著火，進(jìn)而引發(fā)明火燃燒或煤塵爆炸等熱動力災(zāi)害[4]。

平面熱板實(shí)驗(yàn)是評價煤粉自熱和著火危害最常用的方法，特別適用于煤粉在熱表面積聚的情況。文獻(xiàn)[5]采用熱表面點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)裝置估算了匹茲堡煤著火動力學(xué)參數(shù)，參數(shù)包括導(dǎo)熱系數(shù)、活化能、反應(yīng)熱和指前因子。文獻(xiàn)[6]采用數(shù)值模型研究了熱邊界條件與供氧條件對煤體內(nèi)溫度分布與高溫點(diǎn)運(yùn)移的影響。文獻(xiàn)[7]基于有限元軟件COMSOL 建立了大型煤堆自燃數(shù)值模型，研究了煤堆最易自燃的臨界供氧條件和自然發(fā)火期等參數(shù)。文獻(xiàn)[8]基于熱板加熱實(shí)驗(yàn)，采用數(shù)值模型研究了鍥形熱板條件下煤自燃特性，重點(diǎn)考慮了熱板溫度變化與氧氣濃度對煤自燃的溫度、氣體產(chǎn)物及高溫點(diǎn)等特征的影響。文獻(xiàn)[9]建立了一種研究煤塵自燃的二維數(shù)值方法，重點(diǎn)研究了氧氣摩爾分?jǐn)?shù)和稀釋氣體的作用。

以上文獻(xiàn)采用數(shù)值方法對熱板實(shí)驗(yàn)配置下的煤粉著火特性進(jìn)行了研究，但缺乏對熱板實(shí)驗(yàn)中煤粉與空氣相耦合的煤粉著火特性的數(shù)值研究[10-14]，為了能夠全面考慮固體和氣體耦合條件的煤自燃過程，本文建立了基于固-氣耦合條件下煤粉著火的多物理場數(shù)值模型，分析了不同氧氣體積分?jǐn)?shù)條件下的煤粉著火特征。……