矿井通风系统扩散器性能与结构优化研究
[Abstract]:In view of the large resistance of diffuser structure in mine ventilation system and the low efficiency of fan in ventilation system, a double tangent streamline diffuser is put forward, which forms the optimization method of the diffuser structure and its parameters, and optimizes the diffuser flow field. The performance of the diffuser is improved and the efficiency of mine ventilation system is improved. Firstly, on the basis of deep investigation and research, this paper summarizes the research progress of mine ventilation system energy saving technology, finds out the existing problems, and finds out that optimizing diffuser is an important way to realize mine ventilation system energy saving. Based on the principles of energy conservation and mass conservation, the influence of structure and its parameters on diffuser flow field is defined, and the relationship between flow field and diffuser performance is quantified. Based on the hydrodynamics theory, the formulas of ideal static pressure rate, actual static pressure rate, structural resistance coefficient and net return rate of diffuser are derived, and the performance evaluation system of diffuser is established. Secondly, a double tangent streamline diffuser is designed. According to field technical requirements and industry safety specifications, diffusers have engineering constraints of short axial length, curve wall and large corner outflow, and apply velocity potential function. In this paper, the potential function of flow field in diffuser is obtained, the conjugate flow function of the potential function is derived by using Cauchy Riemann condition, and the streamline contour equation is analyzed by using boundary conditions. The engineering approximation of the curvature increase rate of streamline contour is controlled by the preset relaxation factor, and the internal and external contour equations of diffuser are obtained. On the basis of the inner and outer contours, a new type of curve wall diffuser composed of guide line, streamline wall curve and extension line is designed. Then, the structure parameters and flow field of double tangent streamline diffuser are optimized. Through numerical calculation, it is concluded that the double tangent streamline diffuser has more reasonable internal flow field and outlet flow field. The structure of double tangent streamline diffuser is optimized by taking the actual static pressure ratio, structural resistance coefficient and net recovery rate as evaluation index, and the optimized cross section expansion coefficient is between 2.20 and 2.35. The experimental platform and the automatic measurement system are established. The performance of the double tangent streamline diffuser with three different structures and its parameters is tested, and the diffuser with the best performance is obtained. The structure and parameters of double tangent streamline diffuser are optimized, and the optimum expansion coefficient is 2.28. Through numerical calculation, momentum coefficient and kinetic energy coefficient on the expanding section of double tangent streamline diffuser are obtained. It is concluded that the transition zone is mainly affected by the ratio of width to height of the rectangular section, the thickness of boundary layer and the pressure gradient on the inner contour are more gentle than those of the outer contour, and the velocity of the flow is greater. The greater the fluctuation amplitude and frequency along the boundary layer thickness and pressure gradient, the greater the fluctuation amplitude and frequency of the diffuser body parameters deviating from the optimized value, the greater the fluctuation amplitude and frequency of the boundary layer thickness and pressure gradient. It is concluded that the flow field on the flow section is more unstable. Therefore, the optimized flow field can improve the diffuser performance, and the performance improvement depends on the optimization of the diffuser structure and its parameters. Finally, the optimization method of performance and structure parameters of mine ventilation diffuser is formed. Under the engineering boundary constraint, the design method of diffuser structure is improved by theoretical deduction, the diffuser structure is optimized by numerical calculation, and the diffuser structure and its parameters are optimized by numerical calculation and model experiment. A double tangent streamline diffuser structure and its parameter optimization method based on performance parameters are developed.
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TD724
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,本文编号:2240208
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