传热学在安全工程中的应用

传热学在安全工程中的应用摘要：传热学在生产技术领域中的应用十分的广泛，在能源动力，化工制药，材料冶金、机械制造、建筑工程、环境保护等部门存在着大量的热量传递问题，而且还常常起着关键作用。传热学在安全工程中也有着不可忽视的作用和影响，如井下的测试信号传输，对矿井火灾的影响，矿井的对流通风，矿井的热平衡及热舒适性研究，以及工业炉窑壁面散热等等。关键词：热传递；温度；信号；火灾;矿井；散热传热学是研究由温差引起的热量传递规律的科学。凡是有温度差的地方，就有热量自发的从高温物体向低温物体，或从物体的高温部分传向低温部分。热量传递有三种基本方式，即导热、对流和热辐射。由于自然界和生产技术中几乎到处存在着温度差，所以热量传递就成为自然界和生产技术中的一种非常普遍的现象。传热学在生产技术领域中的应用十分的广泛，在能源动力，化工制药，材料冶金、机械制造、建筑工程、环境保护等部门存在着大量的热量传递问题，而且还常常起着关键作用。同样，传热学在安全工程中也有着不可忽视的作用和影响，如井下的测试信号传输，对矿井火灾的影响，矿井的对流通风，矿井的热平衡及热舒适性研究，以及工业炉窑壁面散热等等。现就其中几个方面简单论述传热学在其中的应用。一、温变环境下测试信号传输的稳定性信号的多变、随机及模糊特性是制约信号特征的识别与分析准确性的一个重要方面。目前,针对信号特征的分析多集中于后续的信号处理方法的研究,而测试信号传输过程中受到的多种干扰因素,尤其是不确定的环境温度。因而,深入地研究变化的环境温度对测试信号造成的多变性为获取测试系统准确的结构原始特征具有重要的理论意义和工程价值。现今国内对此方面的研究有：（1）推导并建立信号传输载体-传输导线的热扩散方程,对导线整体进行了热电耦合受热分析。（2）针对车辆测试系统中出现的热传递形式,以同轴电缆为主要研究对象,根据结构和材料的不同,分别建立了热传递方程。（3）分析自然对流、完全热传导及有限空间强制对流情况下的导线受热情况,并依据传递的电信号特征,建立了热电耦合模型。（4）采用有限元方法模拟计算各层的热传递特性。这些研究发现导线在完全热传导和有限空间强制对流换热环境中,温度升高迅速,即在短时间内改变了导线的参数特性,进而对信号传输产生很大的影响。同时，信号响应与导线温度直接相关联,随着导线温度的升高,传输参数不断变化,信号输出响应幅值逐渐衰减。二、温度在矿井、隧道火灾及人员逃生的影响矿井火灾和热害问题一直是煤矿生产的主要威胁,尽管国内外许多学者在防治自燃的发生方面进行了大量的研究,但是遗煤氧化散热造成的火灾事故仍时有发生。在采动影响下,冒落岩体和遗煤在地下形成的多孔松散采空区是自燃发生的重灾区。在温度场方程中考虑围岩和风流的热交换、采煤设备的放热及采空区内遗煤氧化反应产热等因素就变得十分必要。此外，在研究隧道防灾、救灾、以及人员逃生时,火灾的初始增长阶段确定隧道内的温度增长、烟雾扩散、人员逃生以及救援位置也是非常重要的。例如研究失火隧道内温度、烟气生成等参数时,针对不同的火灾场景给出了恒定的热释放率；选择包含时间变化的热释放函数,采用数值模拟方法研究不同情况时隧道内的温度场和烟雾场等一系列研究。三、深部高温高湿矿井热平衡及热舒适评价研究基于对深部高温高湿矿井的研究,在分析影响矿工热舒适性环境的各种因素的基础上,通过矿工热平衡的计算,建立了矿工热舒适方程.介绍了矿工热舒适性的评价指标:预测平均评价,有效温度,过渡活动状态的热舒适指标,热应力指数和风冷却指数,分析其评价的局限性,指出对深部高温高湿矿工热舒适性评价需要开展进一步研究的必要性等等。四、工业炉窑壁面散热及热污染控制的研究针对工业炉窑炉壁散热及对车间的热污染进行研究。首先结合地区的工业炉种类、炉壁设计的规范、指标以及应用现场进行了调研,对典型炉窑进行热工测试。结果表明：工业炉窑的壁面外形比较复杂、散热面积较大,并且周围附属设备繁多,炉窑长期使用后,炉壁出现开裂,炉墙老化,减少炉壁散热的传统方法对降低炉壁散热量的作用不大。因此,炉壁散热及其热的回收利用是减少车间热污染的重要途径之一。利用FLUENT计算流体软件,对不同朝向热壁面的散热情况进行研究。通过对散热机理的研究分析提出：炉壁散热采用导流罩将分散的热量集中后进行回收利用。以上只是就几个方面浅谈了传热学在安全工程中的应用，而现实中，传热学在安全工程中、在科技领域中的应用远远不止这些。虽然热量传递的基本模式只有三种，但是与科技的各个领域密切相关的热量传递问题却是各式各样的，而且往往需要在基本规律的基础上进一步探索才能获得所需要的结果。因此掌握传热学的基本规律及研究方法是我们以后研究必备的基础，同时对于我们今后的学习和研究将起着重大的支撑作用。参考文献：[1]王继仁；邓存宝；丁百川.矿井封闭火区热交换及启封时间研究.辽宁工程技术大学学报.2003[2]王从陆;伍爱友.深部高温高湿矿井热平衡及热舒适评价研究.矿业工程研究.2009[3]门秀花;李舜酩.高温环境下测试信号传输的稳定性分析.传感器与微系统.2008