主风机风硐流场特性及参数优化研究

发布时间：2017-09-02 03:32

  本文关键词：主风机风硐流场特性及参数优化研究

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【摘要】：随着井下矿产资源开采深度的增加,进而对通风要求不断提高。主风机功率较大,运行时间长,因此耗能非常巨大,一般占全矿用电量的30%。在当今这个提倡可持续发展、节约能源的大背景下,研究如何降低主风机运行耗能,有着重要的意义。本文从降低风机附属装置阻力的角度进行研究,优化风硐结构参数,使风硐与主风机合理匹配,减少风流能量损失,降低耗能,具有提高企业经济效益的现实意义。本文基于射流理论、边界层理论等流体力学理论,在分析风硐内风流流动状态的基础上,依托某矿山实际,分段构建风硐各主要部位的几何模型,从三大守恒定律等基本原理出发,建立数学模型。运用FLUENT软件,对各个物理模型进行数值模拟,研究不同扩散器出口风速、断面比(扩散器出口断面与风硐断面比)等条件下风硐的流场分布,提出了风硐流场稳定所需的"流场稳定段长度"概念,为主风机与风硐合理匹配提供了依据;此外,拟合出风流经转弯进入风硐后风速分布稳定所需的长度公式,针对直角转弯处局部阻力大的问题,提出了优化改造方案,并对改造后的效果进行了分析。研究表明:主风机风流射出后,由于扩散器出口与风硐间存在断面差,会在出口四周形成涡流区,随着风流向前发展,涡流会逐渐消失,风流的方向会最终达到一致向前。影响涡流完成稳定所需"流场稳定段长度L"的主要因素为断面比ε。研究了不同断面比ε条件下的"流场稳定段长度L"以及二者间的定性定量关系,拟合出了 ε与L间的数学关系式L = 4.844/ε~(1.015)-5.082,为主风机与风硐的合理匹配提供了依据。结果表明,当风硐长度小于"流场稳定段长度"时,风硐内产生的涡流不能完成稳定,其风流流入扩散塔或竖井时,会在转弯处造成局部阻力叠加,极大的增加了风硐整体的能量损失;相反,当风硐长度满足"流场稳定段长度"时,则不会有此影响。根据回风井风流经转弯后进入风硐的流场研究拟合出了风流经转弯后风速分布稳定段长度的数学关系式X=(0.49/(?)α + 5.17)D。风流经转弯后的风速分布稳定段长度X0主要与摩擦系数α及风硐当量直径D有关,当雷诺数Re105时,与Re无关,总结出风硐在不同摩擦阻力系数条件下,其风速分布稳定段长度的具体取值范围。通过将内外直角转弯刷成圆弧和安设导流叶片,其局部阻力及能量损失可有效降低,且风流经转弯后所需的风速稳定段长度亦大大缩短。
【关键词】：风硐 数值模拟 涡流 稳定段长度 风速分布
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD726
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 研究背景10
• 1.2 研究目的和意义10-11
• 1.3 国内外研究现状11-13
• 1.3.1 主风机风硐的理论研究现状11-12
• 1.3.2 主风机风硐的工程实践研究现状12
• 1.3.3 矿山通风的数值模拟研究现状12-13
• 1.4 研究内容、技术路线13-15
• 1.4.1 研究内容13
• 1.4.2 技术路线13-15
• 第二章 风硐内风流流动理论研究15-31
• 2.1 风硐简介及其阻力分析15-17
• 2.1.1 主风机风硐简介15-16
• 2.1.2 风硐内风流的通风阻力分析及计算16-17
• 2.2 射流基本理论及研究方法17-26
• 2.2.1 射流理论的发展历程18
• 2.2.2 自由紊动射流及其基本特性18-20
• 2.2.3 圆形自由紊动射流及其基本特性20-24
• 2.2.4 圆形受限空间的贴附紊动射流及其基本特性24-26
• 2.3 附面层(边界层)基本理论26-30
• 2.3.1 附面层的定义26-27
• 2.3.2 附面层动量积分关系式27-29
• 2.3.3 附面层理论在风流转弯后稳定长度的应用29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 FLUENT数值模拟基础理论与数学模型31-38
• 3.1 风流流动状态31-33
• 3.1.1 扩散器内风流流动状态31-32
• 3.1.2 风硐内风流流动状态32-33
• 3.1.3 主风机风硐的流场分析33
• 3.2 计算流体力学概述33-34
• 3.2.1 FLUENT软件简介33-34
• 3.2.2 FLUENT工作流程34
• 3.3 数值模拟理论基础34-35
• 3.3.1 流场数值计算的方法分类34-35
• 3.3.2 湍流模型35
• 3.4 风流流场模拟的控制方程(数学模型)35-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 主风机风硐流场数值模拟38-65
• 4.1 几何模型的建立38-40
• 4.1.1 矿山概况38
• 4.1.2 几何模型38-40
• 4.2 模拟前处理40-41
• 4.2.1 计算网格的生成40-41
• 4.2.2 设置边界条件及区域类型41
• 4.3 求解计算过程41-44
• 4.3.1 网格的输入及检查41-42
• 4.3.2 数值模拟参数设定42-43
• 4.3.3 风硐风流流场的迭代计算43-44
• 4.4 风机出口端风硐数值模拟结果分祈44-48
• 4.5 流场稳定段长度的定义及作用48-57
• 4.5.1 流场稳定段长度的数学定义48
• 4.5.2 流场稳定段长度在井下巷道的作用48-53
• 4.5.3 流场稳定段长度在地表扩散塔的作用53-57
• 4.6 影响流场稳定段长度的因素分析57-62
• 4.6.1 扩散器出口风速对流场稳定段长度的影响分析57-58
• 4.6.2 断面比与流场稳定段长度的关系58-62
• 4.7 现场测定验证62-64
• 4.7.1 测点布置62-63
• 4.7.2 测定结果分析及优化改进63-64
• 4.8 本章小结64-65
• 第五章 风流经转弯后风速分布稳定段长度研究65-76
• 5.1 风流转弯后的结构分析65-66
• 5.2 风流经直角转弯的流场数值模拟66-73
• 5.2.1 摩擦阻力系数对风流经转弯后风速分布稳定段长度影响67-71
• 5.2.2 雷诺数Re对风流经转弯后风速分布稳定段长度的影响71-72
• 5.2.3 风硐当量直径对风流经转弯后风速分布稳定段长度的影响72-73
• 5.3 直角转弯的优化改造及改造后的效果分析73-75
• 5.3.1 直角转弯的优化改造73
• 5.3.2 改造后的效果分析73-75
• 5.4 本章小结75-76
• 第六章 结论与展望76-79
• 6.1 主要研究成果与结论76-77
• 6.2 展望77-79
• 参考文献79-82
• 附录A 不同断面比的流场稳定段长度82-87
• 附录B 不同摩擦阻力系数的风速分布稳定段长度87-90
• 致谢90-91
• 攻读学位期间的研究成果91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 孔祥国;张京兆;胡少斌;刘厅;赵国强;;巷道断面积对井下测风站位置影响的数值模拟研究[J];煤炭工程;2014年08期

2 刘琛;彭世超;陈立;;降低直角拐弯风井局部阻力的Fluent模拟[J];煤炭与化工;2014年02期

3 罗周全;谢承煜;贾楠;罗俊;程贵海;;竖井掘进爆破有毒废气扩散规律数值研究[J];中南大学学报(自然科学版);2013年11期

4 徐欢;蔡璐;张龙;李馨;;坡度巷道掘进问题的探讨[J];煤矿机械;2011年05期

5 黄荣强;王明晓;廖芳艳;黄文波;;硐室型采场通风的模拟研究[J];采矿技术;2010年06期

6 张翠红;;矿井主扇风硐施工技术研究[J];煤炭技术;2009年09期

7 何晓聪;曹红松;赵捍东;朱基智;;弹箭外部绕流数值仿真中网格的选择[J];弹箭与制导学报;2009年02期

8 陈世强;成剑林;冯进;王戈;;主扇扩散器出口速度分布的数值模拟与实验研究[J];中国安全科学学报;2008年08期

9 徐海;;主通风机在线监测系统的设计与应用[J];矿山机械;2007年11期

10 王晓珍;蒋仲安;刘毅;;抽出式通风煤巷掘进过程中粉尘浓度分布规律的数值模拟[J];中国安全生产科学技术;2006年05期

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本文编号：776165