[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

权利要求书

1.一种氧化放热阶段松散煤体热扩散系数的测算方法，其特征在于，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；

为氧化热源函数插值矩阵；

b、c为两端边界位置，cm；

S3：热源项拟合输入，构建系数矩阵，形成敛收计算方程，求解输出测温点温度；

S4：构建黄金分割搜索计算模型：

式中，a_low为假设松散煤体的热扩散系数上限，a_high为假设松散煤体的热扩散系数下限，为黄金分割率，取

S5：假设t₀时刻下，将假设值a₁和a₂参数代入限差分一维导热方程计算出的测点处的温度T(a,t₀)；将T(a,t₀)和实验测得的真实值T(t₀)带入目标函数S计算模型，分别计算a₁和a₂对应的目标函数计算模型的值S(a₁)和S(a₂)，目标函数S计算模型为：

S＝[T(t₀)-T(a,t₀)]²

S6：对a_low和a_high重新赋值，判断S(a₁)和S(a₂)，当S(a₁)＞S(a₂)时，令a_low＝a₁；当S(a₁)S(a₂)时，令a_high＝a₂；重复步骤直至|S(a₁)-S(a₂)|1×10^-6时，方可停止计算，记录此时a_ture＝(a₁+a₂)/2为煤体的热扩散系数。

2.根据权利要求1所述的一种氧化放热阶段松散煤体热扩散系数的测算方法，其特征在于，步骤S3中，将热源插值法拟合为函数插值矩阵输入为热源项，代入步骤S2计算模型函数的热源项中，形成系数矩阵；测试方程收敛后进行方程的计算求解，得到测点位置的温度。

3.一种氧化放热阶段松散煤体热扩散系数测算系统，其特征在于，包括程序控温箱，所述程序控温箱内安装有反应釜，所述反应釜内安装待测煤体；还包括：

翻转热源单元，所述翻转热源单元包括可翻转保温箱壁和反应釜上盖，所述可翻转保温箱壁安装在所述程序控温箱上侧壁上，且可沿控温箱壁中心轴线旋转；所述反应釜上盖安装在可翻转保温箱壁上，所述反应釜与所述可翻转保温箱壁之间由伺服电机控制的弹簧顶板连接；

温度控制单元，所述温度控制单元安装在所述反应釜外侧，包括安装在程序控温箱内的电热丝和安装在反应釜上盖内的电热片，均由程序升温温控器控制，可瞬时控制的恒温热源，反应釜底部安装有散热装置，从而使煤体整体温度恒定；

温度传感器，设置在所述反应釜的腔体和上盖内；

气体流量控制单元，所述气体流量控制单元连接在所述反应釜上，用于提供设定温度值的混合气体；

数据处理单元，所述数据处理单元包括气相色谱仪和计算机，两者之间电性连接。