松散煤体粒径对热导率与扩散率的影响研究

松散煤体的热导率和热扩散率是煤炭自燃过程中的关键物理特性，它们受多种因素影响，其中粒径效应尤其显著。热导率决定了热量在煤体内的传导速度，而热扩散率则反映了热量在空间上的分布和扩散效率。目前，常用的研究方法包括热线法、热源法、热流法和无限长圆筒法，但这些方法只能单独测量热导率，无法获取热扩散率。 为了克服这一局限，学者们尝试了如交叉热线法和平面热源法结合其他数据的方式来同时测量这两个参数。然而，这些方法在应用于松散煤体时往往受到测量误差和实际条件限制。改良的瞬态平面热源法作为一种更为精确且无损的测量技术，被用于解决这个问题。这种方法通过向煤体表面施加瞬时恒定热源，通过探头的电阻随温度变化的特性来测定样品的热导率，同时通过分析热量的扩散情况间接计算热扩散率。 实验结果显示，随着松散煤体粒径的增大，热导率呈现出逐渐减小的趋势，这表明大颗粒间的空隙较多，热量传递的阻力增大。相反，热扩散率的规律更为复杂，它首先随着粒径增大而减少，然后在某个粒径范围内出现反弹，趋向于增大。具体来说，当粒径在880～1400微米时，热扩散率达到最小值，这个最小值在不同的煤样中基本保持一致。 对于混合粒径的煤样，当控制其加权粒径与单一粒径煤样的相同时，混合煤样的热导率和热扩散率会受到小粒径煤样比例的影响。随着小粒径煤样比例的增加，热导率和热扩散率会相应地变化，显示出一个缓慢增大的趋势。这一发现对于理解和预测煤炭自燃行为，优化矿井火灾防控策略具有重要意义。 总结来说，改良的瞬态平面热源法为深入研究松散煤体的热导率和热扩散率提供了有效手段，揭示了粒径对这两个参数的重要影响，并为煤炭工业的安全生产提供了科学依据。未来的研究可能进一步探讨其他影响因素，以实现更精准的热物性参数预测。