掘进工作面旋流通风流场CFD仿真及控尘能力研究

发布时间：2021-04-02 17:32

我国掘进工作面存在产尘量大,煤尘浓度高且危害大的实际状况,虽然在掘进工作面采取了很多降尘措施,但是提高降尘效率仍是亟需解决的问题。为了改善掘进工作面工作环境,从理论分析和数值模拟两个方面对掘进工作面长压短抽和附壁风筒旋流通风进行数值模拟对比研究。本文首先对掘进工作面产尘与扩散机理进行研究,研究表明掘进机掏挖的工作方式不可避免的会产生大量的粉尘以及掘进头的截齿与煤体的研磨会产生大量细微的粉尘。此外为了实现对风流的诱导作用,建立了长压短抽混合式通风Standard k-?模型和附壁风筒旋流通风Realizable k-?模型,利用FLUENT软件对这两种通风方式进行数值仿真模拟并得出风流场速度矢量图以及粉尘浓度分布云图。研究发现在压入式风筒前端安装附壁风筒后旋转风流会沿掘进壁面方向运动,巷道中的粉尘扩散范围变小而且粉尘浓度降低,提高了掘进工作面的降尘效率。最后,应用欧拉-拉格朗日法,压力-速度耦合方式选用SIMPLE解法,对掘进巷道粉尘二次飞扬进行数值模拟。得出当压入式风筒通风量低于270 min/3m时,粉尘主要分布在0.5m以下,呼吸带高度粉尘浓度可以控制在压入式风筒前端。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD714.43

文章目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 课题的提出

1.2 国内外研究现状

1.2.1 除尘器除尘技术

1.2.2 通风除尘技术

1.2.3 内外喷雾降尘技术

1.2.4 泡沫降尘技术

1.3 研究目的及意义

1.4 主要研究内容

2 掘进工作面产尘与扩散机理研究

2.1 掘进工作面产尘

2.2 粉尘的受力

2.2.1 粉尘的受力

2.2.2 粉尘的运动状况

2.3 掘进工作面粉尘扩散

2.4 煤矿粉尘浓度

2.5 本章小结

3 掘进工作面数值模拟数学模型的建立

3.1 流体流动分析软件概述

3.1.1 计算流体力学（CFD）软件简介

3.1.2 GAMBIT和FLUENT软件简介

3.1.3 FLUENT中连续性和动量方程

3.2 湍流流场standardk-?模型建立

3.3 附壁风筒旋流通风数学模型建立

3.3.1 附壁风筒旋流通风介绍

3.3.2 附壁风筒旋流通风Realizablek-?模型建立

3.4 离散相模型建立

3.4.1 离散相模型简介

3.4.2 离散相模型求解方法与粒子追踪

3.5 本章小节

4 附壁风筒旋流通风控尘能力FLUENT数值仿真研究

4.1 掘进工作面物理模型建立及网格划分

4.2 数值模拟的边界条件及离散相颗粒源参数设定

4.3 数值模拟结果分析

4.3.1 掘进工作面长压短抽式通风风流速度矢量模拟结果分析

4.3.2 掘进工作面旋流通风数值模拟

4.3.3 离散相数值模拟结果分析

4.4 本章小结

5 掘进工作面底板粉尘二次飞扬数值模拟

5.1 边界层理论分析及边界层网格划分

5.1.1 边界层概念及特点

5.1.2 边界层微分方程

5.1.3 边界层网格划分

5.2 物理模型建立与参数设定

5.2.1 物理几何模型的建立

5.2.2 边界条件和颗粒源参数设定

5.3 仿真结果分析

5.3.1 进风筒中轴线断面粉尘浓度模拟结果分析

5.3.2 呼吸带高度断面粉尘浓度模拟仿真结果分析

5.3.3 风筒出口不同距离断面粉尘浓度模拟仿真结果分析

5.4 本章小结

6 结论及展望

6.1 论文主要结论

6.2 研究展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所得到的研究成果

致谢

【参考文献】