斜沟煤矿井下巷道无轨胶轮车尾气（CO）排放规律数值模拟研究

发布时间：2017-10-14 12:25

  本文关键词：斜沟煤矿井下巷道无轨胶轮车尾气（CO）排放规律数值模拟研究

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【摘要】：随着对煤炭需求的增加,煤矿井下对现代化设备的需求也随之增加。为了提高煤矿井下工作效率,无轨胶轮车在井下得到了广泛应用。该设备安全性好、灵活性高,与传统设备相比,运输效率提高5倍以上。然而在无轨胶轮车给井下工作带来便利的同时,排放的尾气也严重影响了井下的空气环境质量,危害了井下作业人员的身心健康,因此研究胶轮车尾气(CO)扩散规律具有重要意义。本文以井下无轨胶轮车尾气生成机理及其对人体伤害程度的研究为基础,重点研究了不同工况条件下尾气中CO的扩散规律,获得不同条件下无轨胶轮车附近巷道风流的安全界限。基于CFD理论,以斜沟煤矿18107工作面材料巷为研究对象,用GAMBIT软件建立巷道及胶轮车的物理模型,用FLUENT UDF中的define宏来定义胶轮车的动边界条件,采用动网格技术模拟胶轮车的运动,对无轨胶轮车尾气中CO的扩散规律进行了分析。本文分别对顺风行驶、逆风行驶、会车硐室内怠速时,CO扩散规律进行了数值模拟,CO排出后首先受浓度梯度影响,向轴向及径向快速扩散,之后扩散主要受有效风量的影响。顺风行驶时,当胶轮车行驶速度小于巷道内的风速时,尾气会向胶轮车车身前方扩散;胶轮车行驶速度与巷道内的风速相同时,CO浓度高于24ppm的范围最大,当胶轮车行驶速度大于巷道内的风速时,CO浓度超标范围较前两种情况小;逆风行驶时,胶轮车行驶方向与巷道内风速方向相同,加快了CO的扩散,随着车速的增加,CO扩散的越快。胶轮车在会车硐室内怠速时,当胶轮车以正向开进硐室时,有利于CO的扩散,扩散范围与巷道中风量有关;当胶轮车倒入会车硐室时,排放出来的CO聚集在硐室内,不易向外扩散,为了保证安全,应将胶轮车正向开入会车硐室避车。模拟实际情况下,WC8型胶轮车在会车硐室怠速2分钟时,CO从胶轮车排出后的扩散规律,并读取了A-I九个点的CO浓度值,与实际监测值进行比较,两种结果近似相同,说明本次模拟效果较好,为以后研究如何有效防治胶轮车尾气对人体的危害提供了一定的理论基础。
【关键词】：无轨胶轮车 CO扩散 动网格 数值模拟 气体流动
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD525
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 柴油机车尾气研究现状12-22
• 1.2.1 国外柴油机车尾气研究现状13-15
• 1.2.2 国内柴油机车尾气研究现状15-16
• 1.2.3 气体扩散模拟研究现状16-22
• 1.3 本论文的主要研究内容及技术路线22
• 1.3.1 本论文的主要研究内容22
• 1.3.2 技术路线22
• 1.4 本章小结22-25
• 第二章 胶轮车排放污染物生成机理与危害及控制分析25-35
• 2.1 防爆无轨胶轮车排放污染物的生成机理25-27
• 2.1.1 CO的生成机理25-26
• 2.1.2 NOx的生成机理26
• 2.1.3 HC的生成机理26-27
• 2.1.4 微粒（PM）的生成机理27
• 2.2 胶轮车排放污染物的危害27-29
• 2.2.1 CO的危害27-28
• 2.2.2 NOx的危害28
• 2.2.3 HC的危害28-29
• 2.2.4 微粒(PM)的危害29
• 2.3 控制胶轮车排放污染物的途径29-33
• 2.3.1 合理的井下通风风量30-32
• 2.3.2 控制尾气的排放32
• 2.3.3 建立完善的管理制度32-33
• 2.4 本章小结33-35
• 第三章 巷道中柴油机车尾气扩散模型建立35-51
• 3.1 应用软件的分析35-36
• 3.1.1 FLUENT的程序结构35
• 3.1.2 FLUENT可以求解的问题35-36
• 3.1.3 FLUENT程序进行求解问题的步骤36
• 3.2 初始条件和边界条件36-37
• 3.2.1 初始条件36-37
• 3.2.2 边界条件37
• 3.3 流体力学基本理论简介37-41
• 3.3.1 流体及其流动状态分类37-38
• 3.3.2 流体力学基本方程38-41
• 3.4 动网格计算与设置41-42
• 3.4.1 动网格更新41-42
• 3.4.2 动网格设置42
• 3.5 巷道中柴油机车尾气模型建立与网格划分42-44
• 3.5.1 研究对象简介42-43
• 3.5.2 几何模型的建立43-44
• 3.5.3 网格划分44
• 3.5.4 基本假设44
• 3.6 数值模拟过程44-46
• 3.7 胶轮车尾气中CO浓度分布数值模拟结果分析46-49
• 3.8 本章小结49-51
• 第四章 胶轮车尾气扩散规律数值模拟与分析51-71
• 4.1 不同车速行驶时对CO扩散的影响51-65
• 4.1.1 胶轮车顺风行驶时CO扩散规律51-59
• 4.1.2 胶轮车逆风行驶时CO扩散规律59-65
• 4.2 胶轮车在会车室怠速时CO扩散规律65-69
• 4.3 本章小结69-71
• 第五章 FLUENT模拟尾气扩散规律的有效性71-75
• 5.1 引言71
• 5.2 CO浓度检测方案71-72
• 5.3 数值模拟有效性分析72-73
• 5.4 本章小结73-75
• 第六章 结论与展望75-79
• 6.1 全文总结75-76
• 6.2 不足与展望76-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-85
• 攻读学位期间发表的学术论文85

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