煤体导热系数测定装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种煤体导热系数测定装置及方法，该装置包括用于盛放煤体的导热机构、用于测量煤体导热的测温机构、为煤体提供矿井气体环境的输气机构以及包裹在导热机构外用于冷却导热机构的水浴机构；该方法包括步骤：一、气体填充；二、煤样填充；三、注水防护；四、设定球体加热器工作功率并启动球体加热器工作；五、获取内紫铜球体外表面温度和外紫铜球体内表面温度；六、测定煤体导热系数；七、加热储水箱中纯净水；八、确定煤体导热系数变化因素并记录煤体导热系数变化值；九、冷却外紫铜球体。本发明专利技术能够准确地测出不同粒径的煤体的导热量，实现对不同环境下的不同粒径的煤体所进行的导热变化的精确测量。

Measuring device and method of thermal conductivity of coal body

The invention discloses a device and method for measuring thermal conductivity of coal body, the device comprises a heat conduction mechanism, a coal used for temperature measurement of coal body heat conduction mechanism, to provide mine gas environment of the gas transmission mechanism and the package to water bath heat conduction mechanism in heat conduction mechanism cooling mechanism for coal body; the method comprises the following steps a gas filled; two, coal three, water filling; protection; four, set the ball heater and start the heater power sphere work; five, to obtain copper ball in vitro surface temperature and the surface temperature of the outer copper ball body; six, the determination of thermal conductivity of coal; seven, pure water heating tank eight, to determine the thermal conductivity changes; coal body factors and record the change of the thermal conductivity of coal; nine, cooling copper ball. The invention can accurately measure the thermal conductivity of coal with different particle sizes, and achieve accurate measurement of thermal conductivity of coal with different particle sizes under different environments.

【技术实现步骤摘要】
煤体导热系数测定装置及方法
本专利技术属于导热系数测定
，具体涉及一种煤体导热系数测定装置及方法。
技术介绍
松散煤体导热系数是煤自然发火预测及放热强度测算的主要物性参数，煤体导热系数是研究煤炭自燃热力学和化学动力学的一个重要参数，它直接关系到矿井煤层火灾的预防。长期以来，松散煤体导热系数按照多孔介质理论推算其等效导热系数，它的准确与否直接影响到模拟实验的准确性，且只能测出不同煤体在一种气体氛围环境下的导热系数。目前国内大多使用的煤的导热系数测定方法有热线法和稳态双平板法，其中，热线法测定煤体导热系数装置，该装置基于平行热线法原理，设计了松散煤体导热系数测试方法，但是该方法需要热线不断加热，使得物体内部温度不均匀，引起物体内部非稳态导热；稳态双平板法测定煤和岩石的导热系数，该方法主要通过中间电热板对两侧对称加热板来加热测定温度来分析导热系数随温度的变化，但是该方法对平板的材质以及几何尺寸要求较高，且不易在温度变化的环境下进行。因此现如今缺少一种既可以通过温度的均匀热传导来进行导热，又可以适宜在复杂的温度环境下测量，且对大多煤体具有适应性的煤体导热系数测定装置及方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种煤体导热系数测定装置，其设计新颖合理，能够准确地测出不同粒径的煤体的导热量，实现对不同环境下的不同粒径的煤体所进行的导热变化的精确测量，便于推广使用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：煤体导热系数测定装置，其特征在于：包括用于盛放煤体的导热机构、用于测量煤体导热的测温机构、为煤体提供矿井气体环境的输气机构以及包裹在所述导热机构外用于冷却所述导热机构的水浴机构，所述导热机构包括同心布设且均为中空结构的外紫铜球体和内紫铜球体，内紫铜球体内部中心位置处设置有球体加热器，所述测温机构包括用于测量外紫铜球体温度的第一热电偶和第二热电偶、用于测量内紫铜球体温度的第三热电偶和第四热电偶、用于处理第一热电偶和第二热电偶测量数据的第一温度变送器以及用于处理第三热电偶和第四热电偶测量数据的第二温度变送器，所述水浴机构包括套设在外紫铜球体外的水浴球套和为水浴球套恒温循环供水的储水箱，储水箱内设置有用于调节水温的螺旋加热器和用于实时检测水温的温度传感器，所述输气机构包括储气瓶和气体收集瓶，以及分别设置在外紫铜球体两侧且均穿过水浴球套与外紫铜球体连通的进气输气管和出气输气管，球体加热器和螺旋加热器均由工控机控制，工控机上设置有用于调节球体加热器和螺旋加热器工作功率的触摸屏，第一温度变送器、第二温度变送器和温度传感器的信号输出端均与工控机的输入端相接。上述的煤体导热系数测定装置，其特征在于：所述外紫铜球体和内紫铜球体之间通过多个支撑杆连接，外紫铜球体的顶端设置有绝热球盖，所述煤体盛放在外紫铜球体和内紫铜球体之间的空腔内。上述的煤体导热系数测定装置，其特征在于：所述第一热电偶设置在外紫铜球体内表面顶端，第二热电偶设置在外紫铜球体内表面底端，第三热电偶设置在内紫铜球体外表面顶端，第四热电偶设置在内紫铜球体外表面底端。上述的煤体导热系数测定装置，其特征在于：所述储水箱通过进水管与水浴球套的进水端连通，储水箱通过出水管与水浴球套的出水端连通。上述的煤体导热系数测定装置，其特征在于：所述储水箱内设置有与进水管连接的水泵，所述水泵由工控机控制。上述的煤体导热系数测定装置，其特征在于：所述外紫铜球体上开设有与进气输气管配合的进气孔和与出气输气管配合的出气孔，所述进气孔和所述出气孔均为圆孔，所述进气孔的圆心和所述出气孔的圆心连线经过外紫铜球体的球心。上述的煤体导热系数测定装置，其特征在于：所述储气瓶内存放有模拟实际矿井环境中气体的混合气体，储气瓶为防爆气瓶。同时，本专利技术还公开了一种方法步骤简单、可以通过温度的均匀热传导来进行导热，且适宜在复杂的温度环境下测量，对大多煤体具有适应性的煤体导热系数测定方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、气体填充：预先在储气瓶内存放充足的模拟实际矿井环境中气体的混合气体，将混合气体通过进气输气管填充在外紫铜球体和内紫铜球体之间的空腔内，直至混合气体充满整个空腔；步骤二、煤样填充：在常温空气中对煤块进行破碎，筛出粒度在100目～200目之间的煤样，打开绝热球盖将制作的煤样装入外紫铜球体和内紫铜球体之间的空腔内，再通过绝热球盖密封外紫铜球体；步骤三、注水防护：给储水箱中注入常温下的纯净水，所述储水箱内设置有与进水管连接的水泵，工控机控制所述水泵开启为水浴球套注水对外紫铜球体进行防护；步骤四、设定球体加热器工作功率并启动球体加热器工作：采用触摸屏设定球体加热器工作功率Q，通过工控机启动球体加热器工作；步骤五、获取内紫铜球体外表面温度和外紫铜球体内表面温度：将第一热电偶设置在外紫铜球体内表面顶端并采集外紫铜球体内表面顶端温度T1，将第二热电偶设置在外紫铜球体内表面底端并采集外紫铜球体内表面底端温度T2，取外紫铜球体内表面顶端温和底端温度的平均值作为外紫铜球体的内表面温度t2，即将第三热电偶设置在内紫铜球体外表面顶端并采集内紫铜球体外表面顶端温度T3，将第四热电偶设置在内紫铜球体外表面底端并采集内紫铜球体外表面底端温度T4，取内紫铜球体外表面顶端温度和底端温度的平均值作为内紫铜球体的外表面温度t1，即步骤六、测定煤体导热系数：根据傅里叶导热定律计算得到煤体导热系数其中，F为煤体散热辐射面积且F＝4πr2，r为煤体散热辐射半径且r∈(r1,r2)，r1为内紫铜球体的半径，r2为外紫铜球体的半径，为煤体沿煤体散热辐射半径r方向的温度变化率，t为煤体散热温度且t∈(t2,t1)，d1为内紫铜球体的直径且d1＝2r1，d2为外紫铜球体的直径且d2＝2r2，步骤七、加热储水箱中纯净水：工控机控制螺旋加热器工作加热储水箱中纯净水，采用温度传感器采集储水箱中纯净水的温度t3，其中，t3<t2；步骤八、确定煤体导热系数变化因素并记录煤体导热系数变化值，过程如下：步骤801、采用触摸屏调节球体加热器工作功率Q值，重新获取内紫铜球体外表面温度值和外紫铜球体内表面温度值，工控机根据公式计算并记录煤体导热系数λ随球体加热器工作功率Q变化的变化值；步骤802、打开储气瓶，将混合气体通过进气输气管，进气输气管穿过水浴球套通入外紫铜球体内，混合气体在空腔内流通后通过出气输气管再穿过水浴球套冷却流出，采用气体收集瓶收集出气输气管流出的冷却气体，重新获取内紫铜球体外表面温度值和外紫铜球体内表面温度值，工控机根据公式计算并记录煤体导热系数λ随混合气体对流的变化值；步骤九、冷却外紫铜球体：待煤体导热系数测定完毕后，工控机控制所述水泵持续为水浴球套供水，水流通过进水管进入水浴球套再通过出水管被排出，采用水循环的方式冷却外紫铜球体。上述的方法，其特征在于：所述外紫铜球体上开设有与进气输气管配合的进气孔和与出气输气管配合的出气孔，所述进气孔和所述出气孔均为圆孔，所述进气孔的圆心和所述出气孔的圆心连线经过外紫铜球体的球心。上述的方法，其特征在于：步骤七中，本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术采用的测定装置，通过两个同心布设且均为中空结构的外紫铜球体和内紫铜球体作为导热本体，将煤体盛放在外紫铜本文档来自技高网...

【技术保护点】
煤体导热系数测定装置，其特征在于：包括用于盛放煤体(4)的导热机构、用于测量煤体(4)导热的测温机构、为煤体(4)提供矿井气体环境的输气机构以及包裹在所述导热机构外用于冷却所述导热机构的水浴机构，所述导热机构包括同心布设且均为中空结构的外紫铜球体(1)和内紫铜球体(2)，内紫铜球体(2)内部中心位置处设置有球体加热器(7)，所述测温机构包括用于测量外紫铜球体(1)温度的第一热电偶(6‑1)和第二热电偶(6‑2)、用于测量内紫铜球体(2)温度的第三热电偶(6‑3)和第四热电偶(6‑4)、用于处理第一热电偶(6‑1)和第二热电偶(6‑2)测量数据的第一温度变送器(13)以及用于处理第三热电偶(6‑3)和第四热电偶(6‑4)测量数据的第二温度变送器(14)，所述水浴机构包括套设在外紫铜球体(1)外的水浴球套(8)和为水浴球套(8)恒温循环供水的储水箱(15)，储水箱(15)内设置有用于调节水温的螺旋加热器(19)和用于实时检测水温的温度传感器(20)，所述输气机构包括储气瓶(11)和气体收集瓶(12)，以及分别设置在外紫铜球体(1)两侧且均穿过水浴球套(8)与外紫铜球体(1)连通的进气输气管(9)和出气输气管(10)，球体加热器(7)和螺旋加热器(19)均由工控机(18)控制，工控机(18)上设置有用于调节球体加热器(7)和螺旋加热器(19)工作功率的触摸屏(21)，第一温度变送器(13)、第二温度变送器(14)和温度传感器(20)的信号输出端均与工控机(18)的输入端相接。...

【技术特征摘要】
1.煤体导热系数测定装置，其特征在于：包括用于盛放煤体(4)的导热机构、用于测量煤体(4)导热的测温机构、为煤体(4)提供矿井气体环境的输气机构以及包裹在所述导热机构外用于冷却所述导热机构的水浴机构，所述导热机构包括同心布设且均为中空结构的外紫铜球体(1)和内紫铜球体(2)，内紫铜球体(2)内部中心位置处设置有球体加热器(7)，所述测温机构包括用于测量外紫铜球体(1)温度的第一热电偶(6-1)和第二热电偶(6-2)、用于测量内紫铜球体(2)温度的第三热电偶(6-3)和第四热电偶(6-4)、用于处理第一热电偶(6-1)和第二热电偶(6-2)测量数据的第一温度变送器(13)以及用于处理第三热电偶(6-3)和第四热电偶(6-4)测量数据的第二温度变送器(14)，所述水浴机构包括套设在外紫铜球体(1)外的水浴球套(8)和为水浴球套(8)恒温循环供水的储水箱(15)，储水箱(15)内设置有用于调节水温的螺旋加热器(19)和用于实时检测水温的温度传感器(20)，所述输气机构包括储气瓶(11)和气体收集瓶(12)，以及分别设置在外紫铜球体(1)两侧且均穿过水浴球套(8)与外紫铜球体(1)连通的进气输气管(9)和出气输气管(10)，球体加热器(7)和螺旋加热器(19)均由工控机(18)控制，工控机(18)上设置有用于调节球体加热器(7)和螺旋加热器(19)工作功率的触摸屏(21)，第一温度变送器(13)、第二温度变送器(14)和温度传感器(20)的信号输出端均与工控机(18)的输入端相接。2.按照权利要求1所述的煤体导热系数测定装置，其特征在于：所述外紫铜球体(1)和内紫铜球体(2)之间通过多个支撑杆(3)连接，外紫铜球体(1)的顶端设置有绝热球盖(5)，所述煤体(4)盛放在外紫铜球体(1)和内紫铜球体(2)之间的空腔内。3.按照权利要求1所述的煤体导热系数测定装置，其特征在于：所述第一热电偶(6-1)设置在外紫铜球体(1)内表面顶端，第二热电偶(6-2)设置在外紫铜球体(1)内表面底端，第三热电偶(6-3)设置在内紫铜球体(2)外表面顶端，第四热电偶(6-4)设置在内紫铜球体(2)外表面底端。4.按照权利要求1所述的煤体导热系数测定装置，其特征在于：所述储水箱(15)通过进水管(17)与水浴球套(8)的进水端连通，储水箱(15)通过出水管(16)与水浴球套(8)的出水端连通。5.按照权利要求4所述的煤体导热系数测定装置，其特征在于：所述储水箱(15)内设置有与进水管(17)连接的水泵，所述水泵由工控机(18)控制。6.按照权利要求1所述的煤体导热系数测定装置，其特征在于：所述外紫铜球体(1)上开设有与进气输气管(9)配合的进气孔和与出气输气管(10)配合的出气孔，所述进气孔和所述出气孔均为圆孔，所述进气孔的圆心和所述出气孔的圆心连线经过外紫铜球体(1)的球心。7.按照权利要求1所述的煤体导热系数测定装置，其特征在于：所述储气瓶(11)内存放有模拟实际矿井环境中气体的混合气体，储气瓶(11)为防爆气瓶。8.一种利用如权利要求1所述装置进行煤体导热系数测定的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤一、气体填充：预先在储气瓶(11)内存放充足的模拟实际矿井环境中气体的混合气体，将混合气体通过进气输气管(9)填充在外紫铜球体(1)和内紫铜球体(2)之间的空腔内，直至混合气体充满整个空腔；步骤二、煤样填充：在常温空气中对煤块进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文永，郭军，金永飞，文虎，翟小伟，
申请(专利权)人：西安科技大学，西安天河矿业科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61