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夹河矿HEMS深井降温系统热能交换分析
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摘要
现阶段深井热害日益严重,深井降温就变得要来越重要。在研究国内外降温技术的基础上,何满潮教授提出了HEMS降温系统,并成功应用于徐州矿务集团火河煤矿。本文基于以上研究平台,分析了火河矿HEMS降温逆卡诺循环工作原理,分析了HEMS降温系统关键设备的工作原理及其系统关键参数。在以上研究基础上,阐述了夹河HEMS降温系统设计过程。工程实施后,我们实时监测了系统运行数据并进行热交过程中的冷量损失分析,得出管路损失是降低冷量损失的关键因素。另外,对冰制冷系统进行了能耗分析,对比得出HEMS系统低能耗的特点。降温的关键是要使工作而的温度控制在允许的范范内,因此需要对降温效果进行分析。首先分析了巷道围岩与空气的换热原理,在此基础上采用FLUENT进行数值模拟。最后模拟结果与现场监测数据进行对比,验证了数值模拟的正确性,为今后的HEMS设计计算及风温预测提供了依据。
At present, the deep mine cooling is becoming more and more important because of more seriously heat hazard day by day. Based on the research of all cooling technologies in both China and abroad professor He Manchao proposed the HEMS cooling technology, and it is applied in Jiahe coal mine successfully. Based on this research platform, I analyzed the reverse Carnot cycle of Jiahe HEMS cooling system, the working principle of key equipments and the key parameters of HEMS are also analyzed. Based on the research above, the paper elaborates the design process of Jiahe HEMS deep mine cooling system. After the project is constructed, we monitored the running parameters and analyzed cold energy loss during the heat exchange, and we get the results that the heat preservation of pipe line is the key to reduce cold energy loss. At the same time, I analyzed the energy loss of ice cooling system, through the comparison of the two technology, we know that the HEMS is the low energy loss system. The key for the cooling system is to decrease the working face temperature, so we should analyze the cooling effect. First, I analyzed the heat and humidity exchange in the roadway, then FLUENT is adopted to simulate the heat exchange process in HEMS-II and in roadway, then we get simulation results. Compared with the real time monitoring data, the correctness of the simulation results is verified, which offered basis for future design and air temperature prediction.
引文
1. 谢和平.深部高应力下的资源开采——现状、基础科学问题与展望[C]//见:香山科学会议:科学前沿与未来(第六集).北京:中国环境科学出版社,2002:179-191.
    2.何满潮,谢和平,彭苏萍,等.深部开采岩体力学研究[J].岩石力学与工程学报,2005,24(16):2803-2813.
    3.李化敏,付凯.煤矿深部开采而临的主要技术问题及对策[J].采矿与安全工程学报,2006,23(4):468-471.
    4.预防高温,促进安全—夹河煤矿高温情况调查资料[R].2008.06.01.
    5.预防高温,促进安全—三河尖煤矿高温矿井调研汇报材料[R],2008.06.02.
    6.预防高温,促进安全,星村矿高温矿井摸底调查汇报材料[R].2008.05.29.
    7.依托自主创新,关爱生命健康,风冷并举治理矿井高温热害.孙村矿高温矿井摸底调查汇报材料[R]2008.05.28.
    8.加强高温热害治理,提高矿井安全保障水平[R].唐口矿高温矿井摸底调查汇报材料,2008.05.12.
    9.姚桥煤矿国家安全监察局高温矿井调研材料[R].2008.05.30.
    10.国家安全生产监督管理局.煤矿安全规程[M].北京:煤炭工业出版社,2005.
    11.刘何清,吴超等.矿井降温技术研究述评[J].金属矿山.2005,4:43-46.
    12.谢贤平.深井降温技术中的新方法[J].江西有色金属1996,10(1):5-8
    13.马敬飞.国外深部矿井机械制冷降温技术的发展[J].矿业动态,1991,4(4):57-60.
    14.胡汉华.深井高温矿山通风与降温技术研究动态[J].金属矿山,1999,(7):39-43.
    15.丁向阳.国外矿井降温方法及存在问题[J].东北煤炭技术,1989,(1):6-8.
    16.孙艳玲,桂详友.煤矿热害及其治理[J].辽宁工程技术大学学报,2003,8:35-37.
    17. RAMSDEN R, SHEER T J, BUTTRWORTH M D. Design and Simulation of Ultra-Deep Mine Cooling Systems[C]//Proceedings of the 7th international mine ventilation congress. Krakow, Poland:2001:755-760.
    18.李振顶,彭辉仕.矿井热害的治理方法及效果[J].煤炭科学技术,2002,30(1):22-24.
    19.饥学利,高强.超深开采高热害矿井综合降温措施[J].山东煤炭科技,2000,专刊:34-36.
    20. GhayenAD(德),陈遂斋译.深部煤矿热害环境的治理对策[J].平煤译萃,1994,(1):37-46.
    21.樊满华.深井开采通风技术[J].黄金科学技术,2001,9(6),36-42.
    22.刘忠宝,王浚.高温矿井降温空调的概况及进展[J].真空与低温,2002,8(3):130-133.
    23.刘忠宝、王浚、张书学.高温矿井降温空调的概况及进展[J].真空与低温2002, (3):130-134
    24. Su S. et al. Management Characteristics of coal mine ventilation air flows[J]. Journal of Environmental, 2007:1-19.
    25. M. T. Parra et al. Numerical and experimental analysis of different ventilation systems in deep mines. [J] Building and Environment 41 2006,87-93.
    26. Gou K H, Shu B F, Zhang Y. Transient behavior of energy charge-discharge and solid-liquid phase charge in mixed gas hydrate formation[J]. Heat Transfer Science and Technology,1996:728-733.
    27.王景刚,乔华,冯如彬.深井降温冰冷却系统的应用[J].暖通空调,2000,30(4):76-77.
    28. Sheer T J. Butterworthm D. Ramsden R. Ice as a coolant for deep mines[C]// Proceedings of the 7th international mine ventilation congress(Krakow, Poland):2001:354-360.
    29. Stewart. W.E, Gute.G D, Chandrasekharan.J, Saunders.C K. Modeling of the melting proeess of ice restores in reetangular thermal energy storage tanks with multiple openings[J]. ASHRAE Transactions.1995, 101(1):66-78.
    30.肖知国,戴广龙.李恩伯.综采工作而降温前后空气状态参数对比分析[J].煤矿安全,2005,36(11):29-33.
    31.胡春胜,周秀隆.压缩空气制冷技术在孟加拉国Barapukuria煤矿的应用[J].煤炭工程,2005,(11):35-37.
    32.赵国彦,古德生,李夕兵等.压缩空气对井下热环境的降温效果研究[J].安全与环境学报,2001,1(6):22-25.
    33.陈平.采用压气供冷的新型矿井集中空调系统[J].矿业安全与环保,2004,31(3):1-4.
    34.卫修君,胡春胜,热—电—乙二醇低温制冷矿井降温技术的研究及应用[J],矿业安全与环保,200,36(1):20-23.
    35.何满潮,徐敏.HEMS深井降温系统研发及热害控制对策[J].岩石力学与工程学报,2008,27(7):1353-1361.
    36.张毅,夹河矿深部热害发生机理及其控制对策[D].北京:中国矿业大学,2006.
    37.杨生彬,矿井涌水为冷源的夹河矿深井热害控制技术[D].北京:中国地质大学,2008.
    38.朱艳绝,深井降温工作面冷负荷反分析计算方法[D],北京:中国矿业大学,2009.
    39.郭平业,我国深井地温场特征及热害控制模式研究[D].北京:中国矿业大学(北京),2009.
    40.曹秀玲,三河尖矿深井高温热害资源化利用技术[D].北京:中国矿业大学(北京),2010.
    41.孟丽,三河尖矿水平循环冷源技术及其HEMS系统运行分析[D].北京:中国矿业大学(北京),2010.
    42.田景,夹河矿高差循环冷源技术及其热害控制效果分析[D].北京:中国矿业大学(北京),2010.
    43.杨清,张双楼矿以矿井涌水为热源井口防冻梯级供热系统研究[D].北京:中国矿业大学(北京),2010.
    44.李锋平,刘金祥,陈鹏,徐稳龙,陈晓春,肋片几何参数对肋片管表冷器性能影响的数值模拟[J],建筑科学,2010(8):88-91.
    45.章国芳,蔡佳莹,翅片管式换热器管外流体流动的三维数值模拟和实验[J];化工进展,2010(29):78-81.
    46.秦保军,朱春玲.肋片管换热器管外三维流动与传热的数值模拟[J].暖通空调,2006,36(11),51-53.
    47.张慕瑾,史美中,杨贤骏.翅片管换热器的翅片效率与传热性能[J].东南大学学报,1994,24:44-49.
    48.闫立林,周俊杰,百叶窗翅片管换热器空气侧流动换热的三维数值模拟[J],科技传播,2010,(16),179-180.
    49.陈鹏,刘金祥,徐稳龙.陈晓春,杜雪娜.肋片管换热器管外三维流动与空气侧表面换热模拟[J].建筑热能通风空调,2010,29(01)5-8.
    50.宋富强,屈治国,何雅玲,陶文铨.低速下空气横掠翅片管换热规律的数值研究[J].西安交通大学学报.2002.32(09):899-902.
    51.陈楠,申江,徐烈,邹同华.管翅式表冷器数值模拟与性能分析[J].低温与超导,2003,31(02):60-64.
    52.徐百平,江楠,程卓明,刘元峰,朱冬生.平直翅片管翅式换热器流动与传热数值模拟[J].化工装备技术,2005,26(04):46-49.
    53.张恩泽,唐志国.肋片问距对表冷器性能影响的实验研究[J].能源研究与信息,2002,18(3):162-168.
    54. C.C.Wnag, K.Y.Chi. Y.J.Chang. An expermental study of heat transfer and friction characteristics of typical louver fin-and-tube heat exchangers[J]. Heat and Mass Transfer,1998,41(4):817-822.
    55.徐凤林.风机盘管农冷器的合理设计[J].暖通空调,1996,26(6):36-38.
    56. Chen Hong, Leena Thomas, Robert Besant W, Modeling Frost Characteristics on Heat Ecchanger Fins:Part Ⅰ, Numerical Model[J]. ASHRAE Transactions,2000,6:357-367
    57.杜建通.申江等.翅片管蒸发器换热表而的结霜特性与对其结构设计的影响[J].低温与超导,2000,28(4):58
    58. Kondepudi S N, O' Neal D L, Performance of tinned-tube heat exchangers under frostingconditions[J]. International. Journal of Refrigeration 1993,16(3):175-180.
    59.陈坚.万锦康等.结霜工况下强制循环空气冷却器传热系数影响因素的研究[J].制冷,2000,19(3).
    60. Hayashi Y. Aoki A. Yuhara H. Study of frost formation based on a theoretical model of the frost layer[J]. Heat Transfer-Japanese Rearch,1977,6(3):79-94.
    61. Sanders C T, The influence of frost formation and defrosting on the performance of air coolers[D]. Ph. D. dissertation Technische Hogesolool. Delft. Nethetlands.1974.
    62. Jang J Y, Wu M C, Chang W J.Numerical and experimental studies of three-dimensional plate-fin and tube heat exchangers[J].Int.J. Heat Mass Transfer,1996,39(14):3057-3066.
    63.何明勋,陶正良,王冬梅.水-空气翅片管换热器实验研究与数值模拟[J].制冷学报,2006,27(5):58-62.
    64.周西华,王继仁,王树刚,陈衍宽.风流紊流换热的场模型[J].矿业安全与环保,2001,28(5):17-19.
    65.高建良;王春霞;徐昆伦;贯通巷道风流流场数值模拟若干关键问题研究.[J].2009,19(8):21-27.
    66.王福军.计算流体动力学分析—CFD软件原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2004.
    67.于勇.FLUENT入门与进阶教程[M]北京:北京理工大学出版社,2008.
    68.韩占忠.FLUENT流体工程仿真计算实例与应用[M]北京:北京理工大学出版社,2009.
    69.周俊杰,徐国权,张华俊.FLUENT工程技术与实例分析[M]北京:中国水利水电出版社,2010.
    70.江帆,黄鹏.Fluent高级应用与实例分析[M]北京:清华大学出版社,2009.
    71.温正,石良辰,任毅如.FLUENT流体计算应用教程[M]北京:清华大学出版社,2008.
    72.杨伟,孙跃,薛思浩.通风巷道围岩与空气换热的数值模拟[J],黑龙江科技学院学报,2010,20(4):256-259.
    73.周西华,王继仁.卢国斌,单亚飞,梁栋.回采工作面温度场分布规律的数值模拟[J].煤炭学报.2002,27(01):59-63.
    74.赵运超,梁栋.孙京凯,丁云飞.回采工作面空调降温效果的数值分析[J].矿业安全与环保,2007,34(06):18-23.
    75. Lowndes I S. Yang Z Y Jobling S, et al. A parametric analysis of a tunnel climatic prediction and planning model[J]. Tunnelling and Underground Space Technology,2006,21:520-532.
    76.肖林京,肖洪彬,李振华.基于ANSYS的综采工作面降温优化设计[J].矿业安全与环保,2008,35(01):21-23.
    77.高建良,张生华.压入式局部通风工作面风流分布数值模拟研究[J].中国安全科学学报,2004,14(1):93-96
    78.张树光,孙树魁,张向东,薛强.热害矿井巷道温度场分布规律研究[J].中国地质灾害与防治学报,2003.14(03),9-11.
    79.侯建军.高温矿井热环境数值模拟及热害控制技术研究[D].河南理工大学,2010.
    80.孙树魁,张树光.埋深对井巷温度场分布影响的研究[J].辽宁工程技术大学学报.2003,22(3):301-302
    81.张树光.深埋巷道围岩温度场的数值模拟分析[J].科学技术与工程,2006(14):2194-2196.
    82.杨高飞井围岩与风流热湿交换规律的实验与模拟研究[D].天津:天津大学,2008
    83.侯祺棕,沈伯雄.调热围半径及其温度场的数值解计算模型[J].湘潭矿业学院学报,1997,12(1):9-16.
    84.杨德源.矿井风流热交换[J].煤矿安全,2003,34(增刊):34-37.
    85.杨德源.矿井风流热交换[J].煤矿安伞,1980,(9):21-27
    86.杨德源.矿井风流热交换[J].煤矿安全,1980,(10):8-14.
    87.赵彬,李先庭,严启森.入口紊乱参数对室内空气分布的影响研究[J].建筑热能通风空调,2000(1):1-4.
    88.平松,天野,小门.井下风流温度及湿度的预测计算法[J].周芬如译.煤矿安全,1981,(5):48-53.
    89.周西华.井巷围岩与风流的不稳定换热[J].辽宁工程技术大学学报,2002,21(3):264-266.
    90.葛新石,叶宏译.传热和传质基本原理[M].北京:化学工业出版社.2007.
    91.平松良雄,通风学[M].刘运洪,等译.北京:冶金工业出版社,1982.
    92.过增元.热流体学[M].北京:清华大学出版社,1992.
    93.郭鸿志,张欣欣.刘向军.传输过程数值模拟[M].北京:冶金工业出版社,1998.
    94.梁栋.通风过程瓦斯运移规律和数值模拟[M].北京:煤炭工业出版社.1999.
    95.余恒昌.矿山地热与热害治理[M].北京:煤炭工业出版社.1991.
    96.PATANKAR S U.传热与流体流动的数值计算[M].北京:科学出版社,1982
    97.徐燕侯,过明道.徐立功等.流体动力学[M].北京:科学出版社.2002.
    98.张兆顺,崔桂香,许春晓.湍流理论与模拟[M].北京:清华大学出版社,2005.
    99.严荣林,侯贤文.矿井空调技术[M].北京:煤炭工业出版社,1994.
    100.薛殿华.空气调节[M].北京:清华大学出版社,1994.
    101.岑衍强,候棋棕.矿内热环境工程[M].武汉:武汉工业人学出版社,1989.
    102.李传统.热工学[M].徐州:中国矿业大学出版社,1993.
    103.何满潮,李春华等.中国中低焓地热工程技术[M].北京:科学出版社,2004.
    104.何满潮,屈晓红.地层新能源工程原理及其应用[J].建筑科学与工程学报,2007.24(4):91-94.
    105.何满潮,张毅,乾增珍,等.深部矿井热害治理地层储冷数值模拟研究[J].湖南科技大学学报,2006,21(2):13-16.
    106.何满潮,张毅,郭东明.新能源治理深部矿井热害储冷系统研究[J].中国矿业,2006,15(9):62-64.
    107.何满潮,张毅,李启民.医院改烯工程中地热能应用研究[J].矿业研究与开发,2006,26(4):44-46.
    108.张旭等,热泵技术[M].化学工业出版社,北京,2007.
    109.杨世铭,陶文铨.传热学[M].北京:高等教育出版社,2003.
    110.钱颂文,陶文铨.换热器设计手册[M].北京:化学工业出版社,2002.
    111.连之伟,热质交换原理与设备[M]北京:中国建筑工业出版社,2001.
    112.HEMS降温系统研发及深井热害控制对策鉴定材料[R],2007.
    113.菅从光,卫修君,乐俊.冰制冷降温系统经济性运行分析[J],矿业安全与环保,2008,35(4):33-37。
    114.程永伟,菅从光,朱晓飞,矿井冰制冷空调系统火用分析[J],矿业安全与环保,2008,29(2):63-65。
    115.杜鹃,武俊梅,黄翔.直接蒸发冷却系统传热传质过程的数值模拟[J].制冷与空调,2005(2):28-33.
    116.中国科学院地质研究所地热室编著.矿山地热概论[M].北京:煤炭工业出版社,1981。
    117.庞立新,景长生.煤矿井下降温技术的探索及应用[J].2000,40(3):60-62。
    118. Environmental engineering in South Africa mines[M]. The mine ventilation society of South Africa.1982
    119. He Manchao, Zhang Yi, Guo Dongming, Qian Zengzhen. Numerical analysis of doublet wells for cold energy storage on heat damage treatment in deep mines. China Journal of Mining & Technology,2006,16(3): 278-282.
    120.赵镇南,传热学[M].北京:高等教育出版社,2002.

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