深热矿井独头巷道内空气温度数值模拟研究

发布时间：2017-05-20 17:00

  本文关键词：深热矿井独头巷道内空气温度数值模拟研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着矿井开采深度的增加和采矿机械化程度的提高,矿井热害问题日趋严重。井下高温环境,不仅危害井下工作人员的身心健康,降低劳动生产效率,同时对矿井生产安全也造成了很大的威胁。因此,深入研究深井热害问题已成为矿山开采的一项技术发展重点。为解决深热矿井独头巷道高温问题,提出双层风筒通风的隔热方法,对深热矿井独头巷道内空气温度分布进行研究。参考前人对独头巷道高温治理的研究成果,结合传热学、流体力学和矿井通风学等相关学科理论,在阐述矿井主要热源及分析双层风筒隔热原理的基础上,对独头巷道内风流热交换过程进行分析。根据独头巷道内流场特性及三大守恒定律,建立独头巷道数学模型,并运用有限元分析法从理论上进行求解。从独头巷道高温问题的实际情况出发,利用ANSYS软件建立独头巷道流场的几何模型,对不同入口风速和不同入口风温条件下独头巷道内空气温度分布进行模拟研究。并对普通风筒和双层风筒在独头巷道内的应用效果进行现场试验。研究结果表明:独头巷道压入式局部通风时,风筒出口射流属于有限贴壁射流,入口风速v=10 m/s是风筒出口射流能否到达工作面的临界值;当其它条件相同时,在一定范围内,随着入口风速的增大,独头巷道内空气温度会降低,随着入口风温的升高,独头巷道内低温区面积会越来越小,巷道同一高度的空气温度会有所升高;双层风筒隔热效果比普通风筒隔热效果好,原因在于双层风筒空气层内的空气导热系数低于风筒材料的导热系数,处于静止状态的空气层能够起到有效的隔热作用。综合理论计算、模拟结果、现场试验等对比分析,采用双层风筒通风对高温独头巷道能够起到降温效果,具有实际应用价值,这将为矿井独头巷道热害治理提供理论依据和技术参考。
【关键词】：双层风筒 独头巷道 温度分布 数值模拟
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD727.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 研究的背景与意义11-13
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 研究的目的和意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-18
• 1.2.1 国外研究现状13-15
• 1.2.2 国内研究现状15-18
• 1.3 研究的主要内容18-19
• 1.4 研究方法及技术线路19-21
• 1.4.1 研究方法19
• 1.4.2 研究技术路线19-21
• 第二章 矿井热源及独头巷道内热交换理论分析21-40
• 2.1 热源分类21-27
• 2.1.1 地表大气21-23
• 2.1.2 空气自压缩23
• 2.1.3 围岩散热23-24
• 2.1.4 机电设备散热24-25
• 2.1.5 矿井水散热25-26
• 2.1.6 作业面人员散热26
• 2.1.7 矿物氧化放热及其他26-27
• 2.2 独头巷道内热交换理论分析27-35
• 2.2.1 独头巷道内空气基本参数27-29
• 2.2.2 独头巷道的热交换分析29-35
• 2.3 双层风筒隔热性分析35-39
• 2.3.1 双层风筒结构35-36
• 2.3.2 双层风筒的热交换过程36-38
• 2.3.3 双层风筒空气层状态的确定38-39
• 2.4 本章小结39-40
• 第三章 独头巷道内风流基本理论及数学模型40-50
• 3.1 独头巷道内风流基本理论40-42
• 3.1.1 风筒内风流的状态40-41
• 3.1.2 风筒外风流的状态41-42
• 3.1.3 独头巷道内流场分析42
• 3.2 紊流对流换热的雷诺时均方程42-44
• 3.3 紊流模型44-45
• 3.4 控制方程的离散化45-49
• 3.4.1 有限元法概述46-47
• 3.4.2 数值求解47-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第四章 独头巷道内温度数值模拟50-65
• 4.1 ANSYS分析概述50-52
• 4.1.1 问题定义50-51
• 4.1.2 前处理和求解过程51-52
• 4.1.3 后处理过程52
• 4.2 流场模拟求解52-55
• 4.2.1 几何模型的建立52-53
• 4.2.2 物理模型的建立53
• 4.2.3 网格的划分及边界条件的施加53-54
• 4.2.4 分析参数的设置54-55
• 4.2.5 求解迭代计算55
• 4.3 速度场模拟结果及分析55-60
• 4.3.1 不同截面时的结果及分析56-57
• 4.3.2 入口风速不同时的结果及分析57-59
• 4.3.3 入口风温不同时的结果及分析59-60
• 4.4 温度场模拟结果分析60-63
• 4.4.1 不同截面时的结果及分析60-61
• 4.4.2 入口风速不同时的结果及分析61-62
• 4.4.3 入口风温不同时的结果及分析62-63
• 4.5 双层风筒空气层模拟结果及分析63-64
• 4.6 本章小结64-65
• 第五章 普通风筒与双层风筒通风时巷道内空气温度比较65-73
• 5.1 理论分析65-67
• 5.2 模拟结果分析67-69
• 5.2.1 巷道内空气温度模拟结果及分析67-68
• 5.2.2 风筒内空气层温度分析68-69
• 5.3 现场测试69-71
• 5.3.1 基本资料69-70
• 5.3.2 测定内容及测点分布70
• 5.3.3 测定数据70-71
• 5.3.4 数据处理及结果分析71
• 5.4 本章小结71-73
• 第六章 结论与展望73-74
• 6.1 结论73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-79
• 攻读学位期间的研究成果79-80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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本文编号：382211