[发明专利]一种氧化放热阶段松散煤体热物性系数测算方法及系统

说明书

本发明公开了一种氧化放热阶段松散煤体热物性系数测算方法及系统，该测算方法实验构建温度场，测定煤体在高温氧(70℃以上)化条件下的松散煤体放热热源项，测定与计算模型函数边界条件一致时，测点的温升曲线；然后构建热物性参数计算模型函数和黄金分割搜索计算模型，测算松散煤体的热扩散系数。本发明的测算方法及系统自动化程度高，测量结果可靠稳定，容易操作；其综合运用了有限差分方程和黄金分割搜索算法，并引入热源项，消除煤体在氧化环境的自放热对热扩散系数测试的影响，提高了测算精度及效率；方便于工程应用，该算法通过程序封装，只需输入相应的参数，便可计算结果。

技术领域

本发明涉及热物性测试领域，具体涉及松散煤体氧化放热阶段热扩散系数测算方法、测算系统及运行方法。

背景技术

我国资源禀赋具有“富煤、贫油、少气”的特点，导致我国一次能源消费中煤炭一直占据着50％以上的比例。矿井开采后的采空区仍赋存着遗煤氧化放热而产生的地热资源,有潜在的积极用途。热物性参数是评价地热资源提取效率的一项重要指标，因此，准确测定松散煤体的热物性参数是对采空区地热能提取研究的基础，具有重要意义。

目前，传统确定松散煤体热物性参数的主要途径是实验测定，理论上主要分为稳态法和非稳态法。如专利CN 101639455A公开的松散煤体热物性测试方法及系统，在对松散煤体的热物性进行测试的方法中，基于平行热线法的测算方法利用在松散煤体的煤样中心放置加热棒作为热源，记录加热功率、时间、煤样温度进行测算，由于测试过程中松散煤体受热加速内部发生氧化放热，自身热源将干扰试样温度数据，导致误差较大。氧化放热过程松散煤体的导热系数测试，发展了降温法测定各煤样的氧化放热强度及热物性参数，如专利CN101984349A公开的一种松散煤体氧化热测试方法，由温度、时间、密度、比热容、空隙率计算煤体不同温度的导热系数，其需参数较多，导致测试方法的周期较长。

因此，设计一种能够快速对松散煤体高温氧化放热时的热物性参数进行测定的方法，对采空区地热资源的开发与利用具有重要意义。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种氧化放热阶段松散煤体热扩散系数测算系统及测算方法，构建合理的温度场，将第一类边界条件下的有限差分一维导热方程与黄金分割搜索算法结合，可快速测试松散煤体的热扩散系数，进而计算出导热系数、比热容等热物性参数。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种氧化放热阶段松散煤体热扩散系数的测算方法，包括以下步骤：

S1：实验测定煤体在高温氧化条件下的松散煤体放热热源项，测定与计算模型函数边界条件一致时，测点的温升曲线；

S2：构建热物性参数计算模型函数，为第一类边界条件下的有限差分一维导热方程：

将煤样内以轴向方向进行网格划分，每个控制体长度为△x，写为差分方程形式：

为了运算方便，写成矩阵形式表示：

其两端边界条件为

T(b,t)＝T(b)

T(c,t)＝T(c)

设置对应变量参数，式中：上标n代表第n个时间步；

△t为时间步长，s；

△x为控制体与其前一位控制体中点间的距离，cm；

T为温度，℃；

a为热扩散系数，cm²/s；

A为有限差分迭代系数矩阵；