【技术实现步骤摘要】
本技术属于矿井通风和采空区防灾减灾，具体是一种煤矿采空区注氮渗流相变可视化实验装置。
技术介绍
1、我国国土广袤，矿产资源丰盛，是世界上的主要产煤国之一，而矿井火灾是威胁煤矿安全生产的主要灾害之一，其中采空区遗煤自燃引发的火灾占煤矿内因火灾的60％，是主要的热动力灾害源。由于液氮具有超低温及流动特性，在冷量储存及热置换效率等方面具有显著优势，被广泛用于采空区煤自燃治理。在注氮接触到煤块时，煤块本体温度高于液氮沸点，液氮发生沸腾相变，流态发生转变，其相变特征和影响因素需要进一步确定。
2、目前有关液氮在采空区中渗流的研究，丁香香在文献“采空区注入低温氮气防灭火数值模拟”中，通过理论分析和数值模拟的方法研究了氮气在采空区中渗流的运移规律；李宗翔等在文献“综放采空区防灭火注氮数值模拟与参数确定”中通过数值模拟方法研究了注氮参数对采空区自燃三带的影响规律；路郎在文献“多孔介质局部非热平衡传热”中，通过搭建巷道试验台，探究了液氮在低导热系数煤多孔介质内的热质传递及局部非热平衡特性；cn201822114111.1公开了一种松散介质渗流运移特征测试实验装置，探究注氮位置、深度、方式、松散介质倾斜角度以及进风风速的影响规律，确定液氮沿实验平台的运移速度。显然，当前有关煤矿采空区注氮灭火的研究主要以注氮前后氧化三带的变化为主，对液氮注入后与煤岩存在温差而发生沸腾相变的微观过程研究较少，致使无法精确确定注氮参数提高灭火效率。
技术实现思路
1、本技术的目的是提供一种煤矿采空区注氮渗流相变
2、本技术由以下技术方案实现：
3、一种煤矿采空区注氮渗流相变可视化实验装置，包括注氮装置、可视化实验段、压力传感器。
4、所述注氮装置包括液氮罐、可移动液氮罐支架、流量计、液氮输送软管；所述液氮输送软管设有阀门用于控制液氮流量；所述液氮罐与液氮输送软管相连通以输送液氮至可视化实验段；所述流量计用于测量液氮流量变化；所述可移动液氮罐支架设于液氮罐下方，便于液氮罐的移动。
5、所述可视化实验段由双层玻璃管构成，设于内管内的自由堆积玻璃小球以模拟煤矿采空区煤岩垮落堆积；在所述可视化实验段的侧面设有液氮进口管和氮气出口管；所述液氮进口管通过与所述注氮装置中的液氮输送软管相连以实现液氮注入所述可视化实验段内管；在与所述可视化实验段内管相连的氮气出口管处设有氮气释放口，所述氮气扩散至内外管空隙处以用作保护气；在所述可视化实验段液氮进口管和氮气出口管处设有压力传感器。
6、所述一种煤矿采空区注氮渗流可视化实验装置还包括可视化实验段支撑结构；所述可视化实验段支撑结构，设于所述可视化实验段底部，用于支撑可视化实验段。
7、液氮由液氮罐流出，经液氮输送软管由液氮进口管进入可视化实验段内管内，再与自由堆积玻璃小球接触，部分液氮达到饱和沸腾点汽化相变，另一部分则以单相流的形式在自由堆积玻璃小球中渗流，当渗流的液氮达到饱和温度时进入核态沸腾区并在壁面上产生气泡，然后逐渐汽化吸热变成氮气，并随氮气出口管排出。
8、本技术的技术效果在于：提供了一种煤矿采空区注氮渗流相变可视化实验装置，将采空区简化成自由堆积的玻璃小球，能够观测不同粒径、不同孔隙率、不同液氮注入速度条件下液氮在实验装置中渗流相变的可视化及量化其造成的压力损失；该装置还将液氮渗流相变产生的氮气用作保护气，防止因内外温差而造成装置壁面结霜，增强装置的可视化。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种煤矿采空区注氮渗流相变可视化实验装置，其特征在于，所述装置包括注氮装置(1)、可视化实验段(2)、压力传感器(3)，注氮装置(1)包括液氮罐(11)、液氮输送软管(15)、设于液氮输送软管(15)上用于控制液氮流量的阀门(13)及流量计(14)，液氮输送软管(15)连接液氮罐(11)与可视化实验段(2)，使液氮在压力作用下从液氮罐(11)中流出，通过液氮输送软管(15)流至可视化实验段(2)；可视化实验段可视化实验段(2)包括形成双层玻璃管的玻璃外管(23)、玻璃内管(24)以及装于玻璃内管(24)中用以模拟煤矿采空区煤岩垮落堆积的玻璃小球(25)、分别连接玻璃内管(24)两端的液氮进口管(21)、氮气出口管(27)；压力传感器(3)设于液氮进口管(21)和氮气出口管(27)处用于测量压力。
2.如权利要求1所述的一种煤矿采空区注氮渗流相变可视化实验装置，其特征在于所述液氮输送软管(15)为不锈钢金属软管。
3.如权利要求2所述的一种煤矿采空区注氮渗流相变可视化实验装置，其特征在于所述液氮输送软管(15)由保温棉包裹，以防止热量散失。
5.如权利要求1所述的一种煤矿采空区注氮渗流相变可视化实验装置，其特征在于所述玻璃内管与玻璃外管均采用高硼硅耐低温玻璃。
6.如权利要求1所述的一种煤矿采空区注氮渗流相变可视化实验装置，其特征在于玻璃小球(25)为耐低温玻璃。
7.如权利要求1所述的一种煤矿采空区注氮渗流相变可视化实验装置，其特征在于压力传感器(3)为耐低温压力传感器。
8.如权利要求1所述的一种煤矿采空区注氮渗流相变可视化实验装置，其特征在于所述可视化实验段(2)还包括氮气释放管(28)，氮气释放管(28)连通氮气出口管(27)至玻璃外管(23)与内管(24)之间的夹层，使部分氮气通过氮气释放管(28)流入玻璃外管(23)与内管(24)之间的夹层，用作保护气。
...【技术特征摘要】
1.一种煤矿采空区注氮渗流相变可视化实验装置，其特征在于，所述装置包括注氮装置(1)、可视化实验段(2)、压力传感器(3)，注氮装置(1)包括液氮罐(11)、液氮输送软管(15)、设于液氮输送软管(15)上用于控制液氮流量的阀门(13)及流量计(14)，液氮输送软管(15)连接液氮罐(11)与可视化实验段(2)，使液氮在压力作用下从液氮罐(11)中流出，通过液氮输送软管(15)流至可视化实验段(2)；可视化实验段可视化实验段(2)包括形成双层玻璃管的玻璃外管(23)、玻璃内管(24)以及装于玻璃内管(24)中用以模拟煤矿采空区煤岩垮落堆积的玻璃小球(25)、分别连接玻璃内管(24)两端的液氮进口管(21)、氮气出口管(27)；压力传感器(3)设于液氮进口管(21)和氮气出口管(27)处用于测量压力。
2.如权利要求1所述的一种煤矿采空区注氮渗流相变可视化实验装置，其特征在于所述液氮输送软管(15)为不锈钢金属软管。
3.如权利要求2所述的一种煤矿采空区注氮渗流相变可视化实验装置，其特征在于所述液氮输送软管(15)由保温棉包裹，以防止热量散失。
...【专利技术属性】
技术研发人员：吴雪，陈世强，陈方兴，鲁义，康文东，李石林，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：新型
国别省市：
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