[发明专利]含相变蓄热材料的套管式矿井采热实验方法

权利要求书

1.一种含相变蓄热材料的套管式矿井采热实验方法，其采用的实验装置包括实验箱体，供水系统和数据采集器(30)，所述实验箱体包括长方体框架结构保温箱体(1)和设置在保温箱体(1)内壁内侧的多块电加热碳纤维温度控制板(3)，所述保温箱体(1)的内部空腔中设置有用于容纳充填材料并形成多个充填层的充填空间，所述保温箱体(1)的后侧壁上设置有用于往充填空间内输送充填材料的充填材料输送通道(15)，每个所述充填层内均布设有套管式采热装置(5)和带肋热管(11)，所述套管式采热装置(5)包括多根圆形套管(7)和设置在圆形套管(7)内的采热管(9)，所述圆形套管(7)内同轴设置有套装在采热管(9)上的多个圆形翅片(8)，所述圆形套管(7)的管壁上设置有用于往圆形套管(7)内输送相变蓄热材料(10)的相变蓄热材料输送入口(33)，所述带肋热管(11)沿水平方向和竖直方向交替布置在圆形套管(7)的外壁面上，沿水平方向布置的带肋热管(11)的冷凝端通过水平模具(16)与圆形套管(7)相连接，沿竖直方向布置的带肋热管(11)的冷凝端通过竖直模具(17)与圆形套管(7)相连接，所述带肋热管(11)的蒸发端设置在充填层内；

所述供水系统包括保温水箱(27)、分水器(28)和集水器(29)，所述保温水箱(27)的入水口通过第一输水管和设置在所述第一输水管上的第一温度传感器(32-1)与集水器(29)的出水口连接，所述保温水箱(27)的出水口通过第二输水管以及从靠近保温水箱(27)的位置到远离保温水箱(27)的位置依次设置在第二输水管上的截止阀(23)、循环水泵(24)、止回阀(25)、压力表(26)和第二温度传感器(32-2)与分水器(28)的入水口连接；所述第一温度传感器(32-1)的输出端和第二温度传感器(32-2)的输出端均与数据采集器(30)的输入端连接；所述分水器(28)的出水口与位于最顶层的采热管(9)连接，所述集水器(29)的进水口与位于最底层的采热管(9)连接；

所述数据采集器(30)的输入端还接有布设在所述充填层内的多个第一热电偶(14-1)和布设在所述圆形套管(7)内的多个第二热电偶(14-2)，所述数据采集器(30)与计算机(31)连接；

其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、在保温箱体(1)安装套管式采热装置(5)、带肋热管(11)、第一热电偶(14-1)和第二热电偶(14-2)；

步骤二、将所述套管式采热装置(5)内采热管(9)的布管方式依次设置为单管串联式、多管平行式和多管交叉式，并在每次设置为采热管(9)的布管方式后，执行以下步骤三至步骤七；

步骤三、将位于最顶层的采热管(9)与分水器(28)的出水口连接，位于最底层的采热管(9)与集水器(29)的进水口连接；

步骤四、通过相变蓄热材料输送入口(33)往套管式采热装置(5)的圆形套管(7)内输送相变蓄热材料(10)，直至将圆形套管(7)的内部空腔填充完毕；

步骤五、通过充填材料输送通道(15)往保温箱体(1)的充填空间内输送充填材料，直至达到预设的充填高度；

步骤六、待充填材料固化后形成充填体(2)，开启电加热碳纤维温度控制板(3)的电源开关，电加热碳纤维温度控制板(3)自动调节温度达到预设的温度值，模拟高温深层矿井下未开采矿体及围岩发热；充填体(2)吸取围岩的高温热量，通过导热的方式将其热量传递给套管式采热装置(5)，当圆形套管(7)内相变蓄热材料(10)的温度达到相变温度时，固态的相变蓄热材料(10)吸热融化，随着充填体(2)从围岩内吸热量的增加，圆形套管(7)内的相变蓄热材料(10)的蓄热温度也逐渐升高，直至升高到预设的温度，将其热量存储起来，完成蓄热环节；蓄热过程中，第一热电偶(14-1)对充填体(2)的温度进行检测，第二热电偶(14-2)对圆形套管(7)内的温度进行检测，数据采集器(30)分别对充填体(2)的温度和圆形套管(7)内相变蓄热材料(10)的温度进行周期性采样并传输给计算机(31)，计算机(31)记录充填体(2)的温度和相变蓄热材料(10)的温度并显示充填体(2)的温度变化过程和相变蓄热材料(10)的温度变化过程；

步骤七、待蓄热过程结束后，关闭电加热碳纤维温度控制板(3)的电源开关，开启供水系统；保温水箱(27)内的冷水经循环水泵(24)提供动力后，通过分水器(28)流入采热管(9)，采热管(9)内的低温水和圆形套管(7)内的相变蓄热材料(10)存在温度差发生热量交换，不断地吸取相变蓄热材料(10)的热量，相变蓄热材料(10)不断地释放热量，温度逐渐地降低到相变温度，开始相变释热；释热过程中，圆形套管(7)内的相变蓄热材料(10)一边相变释放热量，一边不断地吸取周围充填体(2)的热量，充填体(2)的温度不断降低，直到完成释热环节；采热管(9)内的冷水吸收充填体(2)的高温热量后温度不断提高，最后通过集水器(29)的出水口流出返回保温水箱(27)；同时，第一热电偶(14-1)对充填体(2)的温度进行检测，第二热电偶(14-2)对圆形套管(7)内的温度进行检测，第一温度传感器(32-1)对集水器(29)的出水温度进行检测，第二温度传感器(32-2)对分水器(28)的进水温度进行检测，数据采集器(30)分别对充填体(2)的温度、圆形套管(7)内相变蓄热材料(10)的温度、集水器(29)的出水温度和分水器(28)的进水温度进行周期性采样并传输给计算机(31)，计算机(31)记录充填体(2)的温度、相变蓄热材料(10)的温度、集水器(29)的出水温度和分水器(28)的进水温度并显示充填体(2)的温度变化过程、相变蓄热材料(10)的温度变化过程、集水器(29)的出水温度变化过程和分水器(28)的进水温度变化过程。