Tytuł artykułu
Wybrane pełne teksty z tego czasopisma
Identyfikatory
Warianty tytułu
The application on investigations of thermal behaviour of two-phase coal-gas systems for the determination of properties of gas contained in the pore system
Języki publikacji
Abstrakty
Badania wpływu ciśnienia gazu na wartość współczynnika dyfuzyjności technicznej węgla nasyconego gazem umożliwiają określenie stanu gazu wypełniającego pory. Wypełnienie porów węgla gazem, a więc materiałem, którego dyfuzyjność cieplna jest o kilka rzędów wielkości większa niż szkieletu węglowego, zwiększa wartość dyfuzyjności układu węgiel gaz. Ze wzrostem ciśnienia współczynnik dyfuzyjności technicznej dla gazu doskonałego maleje. Przez gaz doskonały rozumie się gaz, którego średnia droga swobodna molekuł jest dużo większa niż rozmiary porów, w odróżnieniu od gazów rozrzedzonych. Wzrost wartości współczynnika dyfuzyjności technicznej ze wzrostem ciśnienia świadczy o tym, że gaz w porach należy traktować jak gaz rozrzedzony. W artykule przedstawiono opis stanowiska pomiarowego i wyniki badań dyfuzyjności technicznej brykietów węglowych nasycanych gazami sorbującymi: CH4 i CO2 oraz gazami szlachetnymi Ar i Kr. Ciśnienia gazów zmieniano w przedziale od 0.004 MPa do 1.1 MPa. Napisane oprogramowanie umożliwiało sterowanie zasilaniem ogniw Peltiera (generowanie fali cieplnej sinusoidalnej, prostokątnej itp.) oraz rejestrację sygnałów z termoelementów i ich rozkład na szereg Fouriera. Program na podstawie przesunięcia fazowego i tłumienia amplitudy - zależność (5) i (6" wyliczał współczynniki dyfuzyjności technicznej (wzory (7), (8).. Zastosowanie algorytmu wyliczającego współczynnik dyfuzyjności technicznej z jednego pomiaru, ale na podstawie dwu zmierzonych wielkości fizycznych (stosunek amplitudy temperatury i przesunięcia fazowego) daje możliwość sprawdzenia, czy badany materiał spełnia założenia teoretyczne, na podstawie których wyprowadzone zostały wzory (7) i (8). W przypadku, badań kostek litego węgla wyliczone wartości współczynników różniły się znacznie. Można z tego wnioskować, że węgiel jest materiałem silnie niejednorodnym, w którym występują szczeliny i pęknięcia prowadzące do skokowych zmian wartości amplitudy i fazy fali cieplnej. W związku z tym przewodzenie ciepła nie da się opisać równaniem transportu (1) ze stałym współczynnikiem K. Zwiększanie się wartości dyfuzyjności technicznej ze wzrostem ciśnienia gazu świadczy o tym, że gaz w porach brykietu zachowuje się jak gaz rozrzedzony. Ustalenie się wartości tego współczynnika dla ciśnienia wyższego od ok. 0.5 MPa może być traktowane jako osiągnięcie stanu granicznego, powyżej którego gaz zacznie zachowywać się jak gaz doskonały. Dwutlenek węgla osiąga ten stan graniczny przy niższym ciśnieniu niż pozostałe gazy.
The investigations of the influence of gas pressure on the magnitude of coefficient of thermal diffusion of coal saturated by gas make us possible to determine the properties of coal which contains gas in the pore system. Taking into account that the thermal diffusivity of gas is several orders of magnitude grater than the thermal diffusivity of coal, gas contained in the pore system of coal increases the magnitude of diffusivity of two phase gas-coal system in comparison to pure coal. The thermal diffusivity of the perfect gas is reduced in the increase of the pressure. The term 'perfect gas' is understood here to be the gas for which the free path of molecules is much grater than the dimensions of pores. The recorded increase of thermal diffusivity of the system in the increase of pressure indicates that the gas should be regarded as the rarified gas which differs significantly from the perfect gas. In the paper the authors describe the construction of measuring stand. The results of empirical investigations of thermal diffusivity of coal saturated by sorptive gases (CH4, CO2), and non-sorptive gases (Ar, Kr). For the experiments the gas pressures from the interval 0.004-1.1 MPa was applied. The computer program was applied to control: the supply of the Peltier cells, the acquisition of signals from thermocouples, and the decomposition of signals by means of the Fourier series. Basing of the phase shift and the damping of amplitude the thermal diffusivity coefficients were determined (cf. Eqs. (5),(6),(7),(8). The algorithm used for the determination of the coefficient of thermal diffusivity based on two different values (the ratio of the amplitude and the phase shift) recrorded in one survey enabled the authors to check whether the investigated material satisfies the rational assumptions which has been applied to formulate Eqs. (7),(8). For the solid coal the thermal diffusivity coefficient determined from the phase shift was different form that determined from the amplitude variation. Such a result imposes the conclusion that the solid coal is a highly non-homogeneous material containing fractures which imply discontinuous variations of the amplitude and phase of the thermal wave. Consequently, for that case the heat conduction cannot correctly be described by the well-known parabolic conduction equation (1) with constant K coefficient. The increase of the thermal diffusivity in the increase of the pressure indicates that gas contained in pores of the briquette should be regarded as the rarified gas. The access of the non-pressure-dependent value for the coefficient of thermal diffusivity for the pressure grater than 0.5 MPa may be regarded as the critical state above which gas may be regarded as the perfect gas. The carbon dioxide achieves the critical state for the magnitude of pressure less than for other gases. The influence of the sorption process on the thermal properties of the gas-coal system may be evaluated by the comparison of the recorded values of the thermal diffusivity coefficient for two gases of the same thermal diffusivity and different sorption intensity. The coefficients mentioned above for the 'couple' of gases Ar and CH4 are equal to [...], whereas for Kr and CO2 are equal to [...]. The diffusivity coefficients for coal from the Nowa Ruda Mine saturated by the sorbing gases are about 1.2 times greater than the diffusivity coefficients for coal from the Nowa Ruda Mine saturated by the non-sorptive gases.
Wydawca
Czasopismo
Rocznik
Tom
Strony
143--156
Opis fizyczny
Bibliogr. 7 poz., rys., tab., wykr.
Bibliografia
- [1] Carslow, H.S., Jeager, I.C., 1995. Conduction of Heat in Solids. Oxford University Press, Oxford.
- [2] Kiełbasa, J., 1996. The time of developments of thermal waves I the flow. Archives of Mining Sciences, 41, s. 71-84.
- [3] Ryncarz, T., 1993. Zarys fizyki górotworu. Śląskie Wydawnictwo Techniczne. Katowice.
- [4] Sobkowski, J., 1975. Częstotliwościowa analiza sygnałów. Wydawnictwo MON, Warszawa.
- [5] Szczeniowski, S., 1953. Fizyka doświadczalna cz. 2. PWN, Warszawa, 1953.
- [6] Thermoelectric Product Catalog and Technical Reference Manual, 1992. International Thermoelectic Inc.
- [7] Tichonow, A.N., Samarski, A.A., 1963. Równania fizyki matematycznej. PWN, Warszawa.
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-article-BPZ2-0018-0016
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.