矿用空气幕特性研究及优化设计

发布时间：2019-11-26 10:38

【摘要】：矿业开发的迅猛发展、开采深度和机械化程度的不断增加致使矿井的风流调控难题逐渐凸显出来。矿用空气幕作为风流调控的有效技术，其应用将会越来越广泛。由于矿用空气幕调控风流的效果与供风器的结构有关，因此优化设计供风器的结构对于提高矿用空气幕的运行性能和效率有重要意义。为此，本论文开展如下主要研究内容： 1.以应用于矿山的空气幕为研究对象，运用Pro/E软件建立供风器的参数化三维模型，为供风器内部流场的数值模拟计算提供模型支持。 2.运用CFD软件Fluent对供风器内部流场进行数值模拟计算，并对数值模拟结果进行处理和分析。诊断出结构上存在的问题，提出结构改进的初始方案，通过模拟数值分析得出优化供风器的主要设计参数。 3.通过分析单机循环型隔断风流矿用空气幕的实际流动模型得出优化的数学模型，创建Pro/E，Gambit和Fluent软件集成优化所需的准备文件。在多学科优化软件Isight中搭建好集成优化设计平台。完成Pro/E，Gambit和Fluent的集成，实现供风器结构的“设计—分析—优化—再设计”自动循环优化。 4.采用试验设计方法与直接搜索方法组合策略对供风器结构进行优化。通过最优拉丁超立方算法和Hooke-Jeeves算法联合对设计空间进行搜索，最后得到结构的最优参数。 5.对优化模型的数值模拟结果进行后处理，分析中心截面X=0速度矢量图和出口速度直方图，再对结构做进一步改进，最终确定供风器结构。 6.根据供风器的流场数值模拟和优化结果，，试制优化后的矿用空气幕，并对优化前后矿用空气幕的出口速度进行对比研究。数值模拟与现场应用的结果表明：(1)通过集成优化，供风器数值模拟的出口平均速度比原始模型增大了8.5%，而实测出口平均速度提高了6.6%，优化后供风器的分布更加集中和均匀，压力损失减少了5%；(2)将多学科优化理念应用到供风器优化设计中，能有效地缩短开发时间和提高优化效率，结合优化设计理论，能有效地降低优化设计成本和提高产品性能；(3)数值模拟结果与现场应用数据基本吻合，这为数值模拟分析的精确性提供一定的数据支持，为产品开发设计提供了新的研究思路。
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TD724

【参考文献】