前抽后压混合式通风的掘进工作面粉尘分布规律的数值模拟研究

发布时间：2017-04-23 00:10

  本文关键词：前抽后压混合式通风的掘进工作面粉尘分布规律的数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,职业尘肺病作为危害人们身体健康的一大恶疾,已经被越来越多的人关注,特别是在煤矿行业里,尘肺病感染问题尤其突出。预防尘肺病的发生,最有效的措施就是控制粉尘源,防治粉尘在作业区扩散,同时将粉尘排出作业区。随着煤矿机械化程度的提高,机掘工作面是煤矿井下粉尘污染最严重的区域之一,实践证明,混合式通风是改善机掘工作面作业环境,确保安全生产的一种最有效的通风方式。通过CFD数值模拟可以准确掌握掘进巷道风流流场分布规律以及分流运动传质过程,从而掌控巷道内粉尘分布情况,可以据此确定合理的风筒出口距掘进巷道迎头断面的距离、抽压风量比以及掘进巷道的面积对合理工况参数的影响,这对掘进工作面炮烟、粉尘等有毒、有害物质的排出和防止其积聚有着极其重要的使用价值。 本文运用流体力学、空气动力学、射流理论及矿井通风理论,采用数值模拟及实验室研究方法,以古城煤矿掘进巷道通风系统为背景,从通风流场结构、粉尘运移规律及控尘效果等方面对机掘工作面前抽后压混合式通风方式进行了系统的研究,为实际工程中通风系统的合理布置提供了技术依据： (1)在利用射流理论分析了自由紊流淹没射流的基础上,运用贴附壁射流理论分析了机掘工作面前抽后压的风流流场结构。 (2)以矿山实际掘进巷道通风系统为背景,运用gambit软件建立了简化的混合式前抽后压通风物理模型,并且引入扰动源模型来近似模拟掘进巷道迎头面粉尘的扩散规律。 (3)利用流体力学软件Fluent对机掘工作面前抽后压混合式通风进行了多工况参数模拟,采用Fluent提供的离散相模型(DPM模型)来模拟粉尘在巷道内的迁移运动,得出了该种通风方式下影响通风控尘的合理工况参数,即即合理的抽压风筒口位置和合理的抽压风量比。同时通过改变巷道断面积的大小,进一步分析了不同巷道断面积对合理工况参数的影响。 (4)依据相似理论,在实验室条件下建立了前抽后压混合式通风实验模型,对数值模拟得出的合理工况参数进行了验证,实验结果与数值模拟结果基本一致。
【关键词】：机掘工作面 混合式通风 数值模拟 粉尘分布
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD714.43
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 研究意义12
• 1.2 掘进工作面通风方式介绍12-14
• 1.2.1 压入式通风13
• 1.2.2 抽出式通风13
• 1.2.3 混合式通风13-14
• 1.3 国内外研究现状14-16
• 1.3.1 国外研究现状14-15
• 1.3.2 国内研究现状15-16
• 1.4 本文研究内容及研究方法16-17
• 1.4.1 研究内容16
• 1.4.2 研究方法16-17
• 1.5 本章小结17-19
• 第二章 机掘工作面掘进通风理论19-29
• 2.1 流体力学理论19-20
• 2.2 射流理论20-27
• 2.2.1 紊流射流理论20-22
• 2.2.2 紊流射流的基本结构和特性22-25
• 2.2.3 贴附壁射流25-27
• 2.3 前抽后压混合式通风流场特点27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 数值模拟的基本方法和理论29-47
• 3.1 模型简化及网格生成29-30
• 3.1.1 模型建立29
• 3.1.2 网格生成29-30
• 3.2 边界条件30-31
• 3.3 紊流的控制方程31-35
• 3.3.1 不可压缩流体的基本方程31-34
• 3.3.2 基本方程的通用形式34-35
• 3.4 通用控制方程的离散方法35-36
• 3.4.1 有限差分法35
• 3.4.2 有限元法35-36
• 3.4.3 有限体积法36
• 3.5 紊流的数值模拟方法36-39
• 3.5.1 直接模拟36-37
• 3.5.2 大涡模拟37
• 3.5.3 雷诺平均数值模拟37-39
• 3.6 掘进工作面通风的数值计算方法39-45
• 3.6.1 Realizablek-ε紊流模型40
• 3.6.2 紊流流动的近壁面处理40-43
• 3.6.3 SIMPLE算法43-45
• 3.7 本章小结45-47
• 第四章 掘进巷道混合式通风的数值模拟及分析47-81
• 4.1 物理模型的建立及网格生成47-48
• 4.1.1 物理模型47
• 4.1.2 尘源扰动模型47-48
• 4.1.3 网格的生成48
• 4.2 数学模型48-53
• 4.2.1 假设条件48-49
• 4.2.2 离散相模型49-52
• 4.2.3 边界条件52-53
• 4.3 数值计算结果及分析53-77
• 4.3.1 确定最佳抽出风筒口位置53-55
• 4.3.2 确定最佳压入风筒口位置55-57
• 4.3.3 确定最佳通风比57-62
• 4.3.4 巷道断面积S=9.88m~2的数值模拟62-69
• 4.3.5 巷道断面积S=7.82m~2的数值模拟69-77
• 4.4 分析比较得出不同巷道断面积的合理参数77-78
• 4.5 本章小结78-81
• 第五章 验证数值模拟结果81-93
• 5.1 相似理论基础81-84
• 5.1.1 力学相似性81
• 5.1.2 相似理论81-82
• 5.1.3 控制方程82-83
• 5.1.4 模型律的选择83-84
• 5.2 实验方法84-85
• 5.2.1 实验仪器84-85
• 5.2.2 测试方法85
• 5.3 实验验证85-92
• 5.3.1 验证最优抽风口位置85-87
• 5.3.2 最优压风口位置87-89
• 5.3.3 最优抽压风量比89-92
• 5.3.4 实验结果分析92
• 5.4 本章小结92-93
• 第六章 结论与展望93-97
• 6.1 总结93-94
• 6.2 创新点94-95
• 6.3 展望95-97
• 参考文献97-101
• 致谢101-103
• 攻读硕士研究生期间发表的学术论文103

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 牛保炉;陈颖兴;邱海江;郭振新;;古书院矿掘进工作面混合式通风除尘技术的试验研究[J];矿业安全与环保;2006年06期

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1 谭俊清;矿浆管道极限承载能力和寿命预测研究[D];西安建筑科技大学;2011年

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本文编号：321530