热管自然制冰技术研究

论文摘要

随着矿井开采深度的增加,矿井高温热害问题日益凸显,不仅影响到了矿井的正常生产工作,更是对工作人员的健康安全带来了极大的危害。目前,我国矿井主要采用机械降温方法对该问题加以治理,虽然效果明显,但运行成本高昂,进一步加重了矿井企业在能源消耗方面的负担。基于此,本文以热管理论技术为基础,提出了热管自然制冰技术,拟实现利用自然冷源进行制冰,冬蓄夏取。本文首先对热管自然制冰的热周转过程进行了分析,给出了热管产冷量、传热影响范围和冻结半径等评判热周转效果的量化标准。然后以传热学知识为基础,建立了热管自然制冰数学模型。通过模型假设,将传热过程简化为一维进行求解,得出了热阻网络、热管传热功率和热管工作介质蒸汽温度的数学表达式,并给出了热管制冰过程中管外冰层厚度的理论变化规律,分析得出了热管参数同产冷量之间的对应关系。在以上理论研究基础上,给出了热管自然制冰实验的具体设计过程。最终选定6根型号为（?）32×3×1200-1500的低温重力热管作为该实验的热管组件,其工作介质为液氨,热管排列间距0.5m；蓄冰池则设计为三层长方体钢制结构,其内壳与外壳之间填充45mm厚硬质聚氨酯泡沫对池体加以保温。通过为期两个月的实验研究,得出了热管自然制冰的实际成冰规律,成功地验证了热管自然制冰技术的可行性。本章最后以济宁某高温矿井的实际热害情况作为研究对象,按照较为完整的矿井降温系统设计思路设计了一套热管自然制冰系统,并进行了相应的社会经济效益分析。结论认为,该技术不仅可以为矿井企业带来巨大的经济利益,而且有助于矿井企业走上可持续发展道路,应用前景十分广阔。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究目的及主要研究内容
• 2 热管自然制冰原理
• 2.1 热管工作原理及工作特性
• 2.2 热管自然制冰热周转分析
• 2.3 制冰工艺对比
• 2.4 本章小结
• 3 热管自然制冰数学模型
• 3.1 模型假设
• 3.2 热管自然制冰传热分析
• 3.3 热管参数与产冷量的关系
• 3.4 本章小结
• 4 热管自然制冰实验研究
• 4.1 实验装置
• 4.2 实验方案
• 4.3 实验结果及分析
• 4.4 本章小结
• 5 热管自然制冰技术在矿井降温工作中的应用可行性分析
• 5.1 矿井冷负荷计算
• 5.2 热管自然制冰系统设计
• 5.3 社会经济效益分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论及研究展望
• 6.1 结论
• 6.2 不足之处及研究展望
• 致谢
• 攻读硕士学位期间研究经历及主要成果
• 附录
• 附录A 公式符号说明
• 附录B 钢管许用应力
• 附录C 氨的物理性质数据表
• 参考文献