冰输冷降温系统原理及设计计算研究
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摘要
深井降温是我国煤矿生产中的一大难题，随着煤矿采深的加大这一问题越来越突出。课题在深入了解目前国内外矿井热害治理的研究现状和水平基础上，根据冰输冷降温系统的实践，给出了冰输冷降温系统的基本模式。研究了立式片冰机的结冰过程，把结冰过程分成三个区域：浸水区、淋水区和过冷区，并给出了各个结冰区域的数学模型和求解。分析了影响制冰效率的因素，拟合了不同制冷剂的单位制冷量与过冷度的关系、性能系数与过冷度的关系，提出大过冷制冷循环对改善制冰系统性能的有效性。详细分析了冰输冷降温系统中输送冰的各种方式，给出了螺旋输冰器的输冰能力计算公式。并在固液两相流的基础上给出了冰输冷系统中冰水固液两相流的基本方程。研究了冰输冷降温系统中管道的压降计算方法及其影响因素。最后评价了关于冰输送管道的保温和不保温两种观点。根据冰融化的机理，分析了定量冰条件下和连续输冰条件下的冰融化数学模型，给出了基于成像原理的冰融化实时速率。介绍了回采工作面的传冷技术和强化传热的方法。总结了冰输冷降温系统设计计算步骤，给出了冰温和输冰量的关系式和蒸发温度与冰温的关系式。
Cooling in the deep mine is a difficult problem for mine production. And withthe digging depth deeper of the mine, the problem is more and more sharp. Basedon investigating the present state on the research of the manipulation of hightemperature disaster in the coal mine, the basic mode of mine centralize coolingsystem is generalized, and purposes the cooling system with ice delivering coldquantity for deep mine. According to the theory of heat transfer and two phaseflow, the freezing process is researched of vertical sheet ice machine. It ispurposed that the freezing process can be divided into three zones,immersing-water zone, drip-water zone and over-cooling zone. And themathematical patterns and its solving methods of the three zones are gained. Thenthe paper analyzed the factors working on the efficiency of the ice-making, fittedthe relationship between the unit refrigerating output and the degree ofover-cooling and the relationship between the COP and the degree of over-coolingfor different refrigerating medium, and according to the above result, theavailability of over-cooling refrigerating cycle is proved for improving theperformance of the ice-making system. The different methods of ice-deliveringare detailed and the calculation equation is gained of the ice-deliveringcapacity of the helical ice-delivering machine. The fundamental equations aregained of the ice-water two phase flow in the system according to the solid-liquidtwo phase flow theory. In addition, the paper researched the calculation methodof the pipe pressure loss and the parameters influencing the pressure loss. Twostandpoints are appraised on the insulation and non-insulation of the pipe.According to the ice-melting mechanics, the mathematical models are analyzed onthe condition of a certain quantity ice and continual ice-delivering and thereal-time speed rate is gained of the ice-melting based on the formation of imagetheory. And the cooling transfer technology is introduced of the working face,the intensification of the heat transfer of the air-cooling as well. Finally, the calculation procedure of the system is generalized and the relationshipequation between the ice temperature and ice quantity is gained.
Cooling in the deep mine is a difficult problem for mine production. And withthe digging depth deeper of the mine, the problem is more and more sharp. Basedon investigating the present state on the research of the manipulation of hightemperature disaster in the coal mine, the basic mode of mine centralize coolingsystem is generalized, and purposes the cooling system with ice delivering coldquantity for deep mine. According to the theory of heat transfer and two phaseflow, the freezing process is researched of vertical sheet ice machine. It ispurposed that the freezing process can be divided into three zones,immersing-water zone, drip-water zone and over-cooling zone. And themathematical patterns and its solving methods of the three zones are gained. Thenthe paper analyzed the factors working on the efficiency of the ice-making, fittedthe relationship between the unit refrigerating output and the degree ofover-cooling and the relationship between the COP and the degree of over-coolingfor different refrigerating medium, and according to the above result, theavailability of over-cooling refrigerating cycle is proved for improving theperformance of the ice-making system. The different methods of ice-deliveringare detailed and the calculation equation is gained of the ice-deliveringcapacity of the helical ice-delivering machine. The fundamental equations aregained of the ice-water two phase flow in the system according to the solid-liquidtwo phase flow theory. In addition, the paper researched the calculation methodof the pipe pressure loss and the parameters influencing the pressure loss. Twostandpoints are appraised on the insulation and non-insulation of the pipe.According to the ice-melting mechanics, the mathematical models are analyzed onthe condition of a certain quantity ice and continual ice-delivering and thereal-time speed rate is gained of the ice-melting based on the formation of imagetheory. And the cooling transfer technology is introduced of the working face,the intensification of the heat transfer of the air-cooling as well. Finally, the calculation procedure of the system is generalized and the relationshipequation between the ice temperature and ice quantity is gained.
引文
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