[发明专利]矿井火灾时期巷道通风热阻力测定的实验装置及实验方法

权利要求书

1.一种矿井火灾时期巷道通风热阻力测定的实验方法，采用所述矿井火灾时期巷道通风热阻力测定的实验装置，试验装置包括第一钢管、第二钢管及保温炉，所述第一钢管入口端与通风机相连，第二钢管的出口端与保温炉一侧螺接，保温炉另一侧与第二钢管入口端螺接，第一钢管和第二钢管用于提供风流通道，模拟矿井井下巷道，在第二钢管入口端内腔依次设置有入口温湿度传感器、入口压力传感器及入口风速传感器，且入口风速传感器靠近保温炉一侧设置，在第二钢管的出口端内腔依次设置有出口压力传感器、出口温湿度传感器及出口风速传感器，且出口风速传感器靠近入口温湿度传感器一侧设置，所述入口风速传感器与出口风速传感器输出端通过信号传输线与风速采集模块相连，所述入口压力传感器与出口压力传感器输出端通过信号传输线与压力采集模块相连，所述入口温湿度传感器与出口温湿度传感器输出端通过信号传输线与温湿度采集模块相连，所述压力采集模块、温湿采集模块及风速采集模块均与数据储存模块相连，数据储存模块通过数据线与计算机连接，所述保温炉底端设置有燃烧炉，燃烧炉顶部保温炉侧壁安装有电热加管，电加热管与耐热导线一端连接，耐热导线另一端贯穿保温炉顶部与升温控制模块相连；其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，对实验装置进行搭建，首先将第一钢管、第二钢管装上聚氨酯保温管套，再与保温炉连接口进行对接组装，并用木块对第一钢管、第二钢管进行支撑固定；其次将入口温湿度传感器和出口温湿度传感器与温湿度采集模块进行连接，将入口压力传感和出口压力传感器与压力采集模块进行连接，将入口风速传感和出口风速传感器与风速采集模块进行连接；最后将压力采集模块、温湿度采集模块、风速采集模块与数据储存模块连接，数据储存模块与笔记本电脑连接，接通电源，运行数据储存模块，通过笔记本电脑中的基于Labview软件开发的数据采集程序设置数据记录时间间隔；

步骤2，用天平量适量可燃物放到燃烧炉中；接通电源启动通风机，调试通风机风速，通过观察笔记本电脑中的基于Labview软件开发的数据采集程序的数据采集控制界面，检验入口风速传感器、出口风速传感器与风速采集模块连接是否正常，检验入口温湿度传感器、出口温湿度传感器与温湿度采集模块连接是否正常，检验入口压力传感器、出口压力传感器与压力采集模块连接是否正常；若通信状态指示处显示‘成功’，则说明线路连接正常；若通信状态指示处显示‘失败’，检查入口风速传感器、出口风速传感器与风速采集模块连接端口是否存在短路，检验入口温湿度传感器、出口温湿度传感器与温湿度采集模块连接端口是否存在短路，检查入口压力传感器、出口压力传感器与压力采集模块连接端口是否存在短路，若短路重新连线即可；同时检验装置气密性，在所有连接口位置涂抹肥皂水，若无气泡产生，则说明气密性良好；若有气泡产生，则说明产生气泡的接口处漏气，此时断开电源，通风机停止工作，在产生气泡的接口处涂抹密封胶强化密封，静置20-30min后，接通电源再次启动通风机，在再次涂抹密封胶的接口处涂抹肥皂水，若无气泡产生，进入步骤3；若在接口处还是有气泡产生重复本步骤至无气泡产生为止；

步骤3：点燃可燃物，运行数据储存模块开始数据储存记录；启动通风机，风流经过第一钢管到达燃烧炉，风流被加热并且与煤样燃烧产生的烟流混合进入第二钢管，在入口风速传感器、入口压力传感器、入口温湿度传感器、出口风速传感器、出口温湿度传感器、出口压力传感器感应产生信号并将信号通过信号传输线传送到风速采集模块、压力采集模块、温湿度采集模块，压力采集模块、温湿度采集模块、风速采集模块通过信号传输线将数据传送到数据储存模块，数据储存模块将数据记录存储；

步骤4：待可燃物燃烬，不再有燃烧气体产生后，停止运行数据储存模块，通过计算机保存数据到excel表格；通风机保持通风，启动升温控制模块对电加热管加热，再次运行数据储存模块开始数据储存记录，通过笔记本电脑中的基于Labview软件开发的数据采集程序设置数据记录时间间隔；通过升温控制模块中总控电气盒装置上的温度调旋钮对电加热管控制升温，直至达到指定温度时，停止数据储存模块和升温控制模块运行；此期间风流经过第一钢管到达燃烧炉，风流在电加热管的作用下在保温炉内加热后进入第二钢管，在入口风速传感器、入口压力传感器、入口温湿度传感器、出口风速传感器、出口温湿度传感器、出口压力传感器感应产生信号并将信号通过信号传输线传送到风速采集模块、压力采集模块、温湿度采集模块，压力采集模块、温湿度采集模块、风速采集模块通过信号传输线将数据传送到数据储存模块，数据储存模块将数据记录存储记录数据，实验结束；

步骤5：实验完毕后，整理实验数据；

按照如下公式计算入口处附加烟气风流密度：

ρ_1烟气＝(MW₁/22.414)*273.15/(T₁+273.15)*(P₁/1.013)

其中，ρ_1烟气为入口处附加烟气风流密度，单位g/cm³；MW₁为燃煤烟气的平均分子量，取值29.7；T₁为入口处温湿度传感器测得风流温度，单位为K；P₁为入口压力传感器测得风流绝对压力，单位为Pa；

按照如下公式计算入口处附加烟气风流密度：

ρ_2烟气＝(MW₂/22.414)*273.15/(T₂+273.15)*(P₂/1.013)

其中，ρ_2烟气为出口处附加烟气风流密度，单位g/cm³；MW₂为燃煤烟气的平均分子量，取值29.5；T₁为出口处温湿度传感器测得风流温度，单位为K；P₁为出口压力传感器测得风流绝对压力，单位为Pa；

进一步，按照如下公式计算得到附加烟气的风流热阻力：

h＝(P₁-P₂)+(ρ_1烟气v₁²-ρ_2烟气v₂²)/2

其中，h－附加烟气的风流热阻力，Pa；P₁－入口压力传感器测得风流绝对压力，Pa；P₂－出口压力传感器测得风流绝对压力，Pa；ρ_1烟气－入口处附加烟气风流密度，单位g/cm³；ρ_2烟气－出口处附加烟气风流密度，单位g/cm³；v₁－入口风速传感器测得风流速度，m/s；v₂－出口风速传感器测得风流速度，m/s；

进一步，按照如下公式计算无附加烟气的风流密度：

其中，i为测点序号，入口处记为1，出口处记为2；ρ_i为无附加烟气风流密度，单位g/cm³；P_i为压力传感器测得风流绝对压力，单位为Pa；T_i为温湿度传感器测得风流温度，单位为K；为温湿度传感器测得风流湿度，用小数表示；P_s为温度T时饱和水蒸汽分压，单位为Pa；

进一步，按照如下公式计算得到无附加烟气的风流热阻力：

h＝(P₁-P₂)+(ρ₁v₁²-ρ₂v₂²)/2

其中，h－无附加烟气的风流热阻力，Pa；P₁－入口压力传感器测得风流绝对压力，Pa；P₂－出口压力传感器测得风流绝对压力，Pa；ρ₁－入口处无附加烟气风流密度，单位g/cm³；ρ₂－出口处无附加烟气风流密度，单位g/cm³；v₁－入口风速传感器测得风流速度，m/s；v₂－出口风速传感器测得风流速度，m/s；

步骤6：将数据录入计算机软件得到附加烟气的风流热阻力曲线1和单纯温度—阻力变化关系曲线2，如图1所示；其中曲线1是在有附加烟流状态下，通风巷道热阻力随温度变化的曲线；曲线2是在无附加烟流的状态下，通风巷道热阻力随温度变化的曲线。