煤矿除尘装置关键部件优化设计及流场仿真

发布时间：2017-04-13 10:44

  本文关键词：煤矿除尘装置关键部件优化设计及流场仿真，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：粉尘是煤矿井下主要自然灾害之一,其不仅影响矿井下的工作环境,且在一定条件下会发生爆炸,严重威胁矿井生产安全和工作人员身心健康。随着矿井机械化水平的不断提高,井下粉尘量也越来越大,一套合理、有效的除尘装置变得极为迫切。在目前的除尘技术中有文丘里除尘器、袋式除尘器、静电除尘器等,但这些技术成本高、体积大,不能得到广泛的应用。本课题所研究的煤矿采掘工作面除尘装置是一种新型的除尘工艺方法,利用工作面管网中的压风和压水,通过喷头形成射流捕捉粉尘,可以有效的降低煤矿井下粉尘颗粒浓度,净化了空气质量,同时杜绝了粉尘爆炸事故的发生。 现有的煤矿采掘工作面除尘装置存在不足之处,主要体现在雾化状态与工作压力、喷嘴直径和喷嘴扩散角等因素之间的关系。由于现有装置的不足之处,本课题的目的是研制出具有最佳结构参数的除尘装置喷头,提高除尘效率。本文运用数值模拟方法对煤矿采掘工作面除尘装置关键部件喷头内外的气液两相流场进行了分析,其主要研究内容如下： 首先,介绍了煤矿粉尘的危害、国内外的治理现状和煤矿采掘工作面除尘装置的工作原理,提出了本课题的研究内容与意义。 然后,概述了煤矿采掘工作面除尘装置数值模拟中需要用到的基本知识,主要包括流体力学和计算流体力学基础知识、射流理论和FLUENT概述,为进一步做数值模拟奠定了理论基础。 最后,基于上述理论基础,在SolidWorks中建立不同的喷头模型,导入常用的计算流体力学(CFD)软件Fluent中进行流场仿真分析,对煤矿采掘工作面除尘装置喷头内外的气液两相流场进行数值模拟,从不同的压力、喷嘴直径和喷嘴扩散角三个方面进行分析,得出最佳工作参数。 本文对煤矿采掘工作面除尘装置进行数值模拟,弥补了国内在此方面研究的不足。综合考虑水和气的速度分布规律、喷嘴内外的压力分布规律及射流聚集性三个方面,更全面、更准确的比较数值模拟的结果。本课题研究丰富了煤矿采掘工作面除尘装置的理论知识,同时也为后续实际工程中的应用提供了一定的指导。
【关键词】：煤矿除尘装置 喷头 气液两相流 数值模拟
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD714.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 引言14-16
• 1 绪论16-24
• 1.1 水射流技术概述16-18
• 1.1.1 水射流发展历程16-17
• 1.1.2 水射流技术应用17-18
• 1.2 国内外研究现状18-20
• 1.2.1 煤矿粉尘的治理现状18-19
• 1.2.2 纯水射流的数值模拟现状19-20
• 1.3 课题来源、主要研究内容及意义20-22
• 1.3.1 课题来源20
• 1.3.2 课题主要研究内容20-21
• 1.3.3 课题的研究意义21
• 1.3.4 课题拟解决的主要问题21-22
• 1.4 本章小结22-24
• 2 流体力学与计算流体力学基础24-46
• 2.1 流体力学与计算流体力学基础24-34
• 2.1.1 流体力学基础24-32
• 2.1.2 计算流体力学基础32-34
• 2.2 射流理论34-41
• 2.2.1 自由紊动射流35-36
• 2.2.2 旋转射流的基本理论概述36-41
• 2.3 FLUENT数值模拟概述41-44
• 2.3.1 FLUENT软件简介41-42
• 2.3.2 FLUENT基本方程42-44
• 2.4 本章小结44-46
• 3 基于Fluent的煤矿除尘设备喷嘴流场的数值模拟46-70
• 3.1 煤层除尘装置的结构设计46-47
• 3.2 煤层除尘装置结构的设计思路47-50
• 3.2.1 提出设计思想47-48
• 3.2.2 连体式设计48-49
• 3.2.3 分离式设计49-50
• 3.3 喷嘴结构与参数的确定50-51
• 3.4 喷嘴内部流场计算51-60
• 3.4.1 喷头内部流场模型51-52
• 3.4.2 网格的划分52-53
• 3.4.3 边界和区域类型的指定53
• 3.4.4 导入mesh文件53-54
• 3.4.5 模型的设定54
• 3.4.6 湍流模型的选择54-55
• 3.4.7 定义流体的材料属性55-56
• 3.4.8 设置边界条件56-58
• 3.4.9 求解方法的设置及其控制58-60
• 3.5 喷嘴外部流场计算60-68
• 3.5.1 喷头外部流场模型60
• 3.5.2 网格划分60-61
• 3.5.3 设置边界条件61
• 3.5.4 外部流场求解器的设置61-62
• 3.5.5 混合多相流模型的选择62-63
• 3.5.6 操作环境的设置63-64
• 3.5.7 外部流场设置边界条件64-66
• 3.5.8 外部流场求解方法的设置及其控制66-68
• 3.6 本章小结68-70
• 4 煤矿除尘设备喷头气液两相流场数值模拟分析70-85
• 4.1 不同喷嘴直径内外流场数值模拟结果及分析70-77
• 4.1.1 不同喷嘴直径内部压力比较70-72
• 4.1.2 不同喷嘴直径内外速度比较72-77
• 4.2 不同压力对喷头的影响77-80
• 4.2.1 压力比较78
• 4.2.2 速度比较78-80
• 4.3 喷嘴外扩散角对喷头内外部流场的影响80-84
• 4.4 本章小结84-85
• 结论85-87
• 参考文献87-90
• 致谢90-92
• 作者简介及读研期间主要科研成果92

【参考文献】

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