發(fā)布時間：2018-09-12 21:02

【摘要】：針對當前礦井通風系統(tǒng)擴散器結(jié)構(gòu)阻力大和由此導致通風系統(tǒng)風機效率低的問題,提出了雙切流線型擴散器,形成了該擴散器結(jié)構(gòu)及其參數(shù)的優(yōu)化方法,優(yōu)化了擴散器流場,改善了該擴散器的性能,提高了礦井通風系統(tǒng)的效率。首先,在深入調(diào)查研究的基礎(chǔ)上,總結(jié)了礦井通風系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)研究進展,找出了存在的問題,發(fā)現(xiàn)優(yōu)化擴散器是實現(xiàn)礦井通風系統(tǒng)節(jié)能的重要途徑。應用能量守恒和質(zhì)量守恒原理,界定了結(jié)構(gòu)及其參數(shù)對擴散器流場的影響特性,量化了流場與擴散器性能的關(guān)系。應用流體力學理論,推導出了擴散器理想靜壓率、實際靜壓率、結(jié)構(gòu)阻力系數(shù)和凈收益率等計算式,建立了擴散器性能評價體系。其次,設(shè)計了雙切流線型擴散器。根據(jù)現(xiàn)場技術(shù)要求和行業(yè)安全規(guī)范,擴散器具有軸向長度短、曲線壁面和大轉(zhuǎn)角出流的工程約束,應用速度勢函數(shù),得到了非均勻平面平行來流與虛擬匯疊加的擴散器內(nèi)流流場勢函數(shù);利用柯西-黎曼條件,導出該勢函數(shù)的共軛流函數(shù);利用邊界條件,解析出流線型輪廓線方程;利用預設(shè)松弛因子控制流線型輪廓線曲率增加率的工程近似,得到了擴散器內(nèi)輪廓線和外輪廓線方程。在所得內(nèi)輪廓線和外輪廓線的基礎(chǔ)上,設(shè)計了一種由引導線、流線型壁面曲線和延長線構(gòu)成的新型曲線壁面擴散器。而后,優(yōu)化了雙切流線型擴散器結(jié)構(gòu)參數(shù)與流場。通過數(shù)值計算,得出雙切流線型擴散器具有更合理的內(nèi)流流場和出流流場。以實際靜壓率、結(jié)構(gòu)阻力系數(shù)、凈回收率為評價指標,優(yōu)化了雙切流線型擴散器結(jié)構(gòu),得出優(yōu)化的斷面擴大系數(shù)為2.20至2.35之間。建立了實驗平臺及自動測量系統(tǒng),針對三個不同結(jié)構(gòu)及其參數(shù)變化的雙切流線型擴散器性能開展實驗測試,獲得了最佳性能的擴散器,優(yōu)化了雙切流線型擴散器的結(jié)構(gòu)及其參數(shù),得到最優(yōu)斷面擴大系數(shù)為2.28。通過數(shù)值計算,得到了雙切流線型擴散器漸擴斷面上的動量系數(shù)和動能系數(shù),歸納出動量系數(shù)和動能系數(shù)隨雷諾數(shù)變化的躍升過渡流區(qū),并得出該過渡區(qū)主要受矩形斷面寬高比的影響;相比外輪廓線,內(nèi)輪廓線上的邊界層厚度和壓力梯度的沿程變化更平緩;來流速度越大,邊界層厚度和壓力梯度沿程波動幅度和頻度越大;擴散器形體參數(shù)偏離優(yōu)化值越大,邊界層厚度和壓力梯度波動幅度和頻度越大,結(jié)合實驗數(shù)據(jù),得出出流斷面上的流場越不穩(wěn)定。因此,優(yōu)化的流場能改善擴散器性能,性能的提升依賴于擴散器結(jié)構(gòu)及其參數(shù)的優(yōu)化來實現(xiàn)。最后,形成了礦井通風擴散器性能與結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的方法。在工程邊界約束下,利用理論演繹,改進了擴散器結(jié)構(gòu)設(shè)計方法;利用數(shù)值計算,優(yōu)化了擴散器結(jié)構(gòu);利用數(shù)值計算和模型實驗,優(yōu)化了擴散器結(jié)構(gòu)及其參數(shù);最終,形成了以性能參數(shù)為評價指標的雙切流線型擴散器結(jié)構(gòu)及其參數(shù)優(yōu)化方法。
[Abstract]:In view of the large resistance of diffuser structure in mine ventilation system and the low efficiency of fan in ventilation system, a double tangent streamline diffuser is put forward, which forms the optimization method of the diffuser structure and its parameters, and optimizes the diffuser flow field. The performance of the diffuser is improved and the efficiency of mine ventilation system is improved. Firstly, on the basis of deep investigation and research, this paper summarizes the research progress of mine ventilation system energy saving technology, finds out the existing problems, and finds out that optimizing diffuser is an important way to realize mine ventilation system energy saving. Based on the principles of energy conservation and mass conservation, the influence of structure and its parameters on diffuser flow field is defined, and the relationship between flow field and diffuser performance is quantified. Based on the hydrodynamics theory, the formulas of ideal static pressure rate, actual static pressure rate, structural resistance coefficient and net return rate of diffuser are derived, and the performance evaluation system of diffuser is established. Secondly, a double tangent streamline diffuser is designed. According to field technical requirements and industry safety specifications, diffusers have engineering constraints of short axial length, curve wall and large corner outflow, and apply velocity potential function. In this paper, the potential function of flow field in diffuser is obtained, the conjugate flow function of the potential function is derived by using Cauchy Riemann condition, and the streamline contour equation is analyzed by using boundary conditions. The engineering approximation of the curvature increase rate of streamline contour is controlled by the preset relaxation factor, and the internal and external contour equations of diffuser are obtained. On the basis of the inner and outer contours, a new type of curve wall diffuser composed of guide line, streamline wall curve and extension line is designed. Then, the structure parameters and flow field of double tangent streamline diffuser are optimized. Through numerical calculation, it is concluded that the double tangent streamline diffuser has more reasonable internal flow field and outlet flow field. The structure of double tangent streamline diffuser is optimized by taking the actual static pressure ratio, structural resistance coefficient and net recovery rate as evaluation index, and the optimized cross section expansion coefficient is between 2.20 and 2.35. The experimental platform and the automatic measurement system are established. The performance of the double tangent streamline diffuser with three different structures and its parameters is tested, and the diffuser with the best performance is obtained. The structure and parameters of double tangent streamline diffuser are optimized, and the optimum expansion coefficient is 2.28. Through numerical calculation, momentum coefficient and kinetic energy coefficient on the expanding section of double tangent streamline diffuser are obtained. It is concluded that the transition zone is mainly affected by the ratio of width to height of the rectangular section, the thickness of boundary layer and the pressure gradient on the inner contour are more gentle than those of the outer contour, and the velocity of the flow is greater. The greater the fluctuation amplitude and frequency along the boundary layer thickness and pressure gradient, the greater the fluctuation amplitude and frequency of the diffuser body parameters deviating from the optimized value, the greater the fluctuation amplitude and frequency of the boundary layer thickness and pressure gradient. It is concluded that the flow field on the flow section is more unstable. Therefore, the optimized flow field can improve the diffuser performance, and the performance improvement depends on the optimization of the diffuser structure and its parameters. Finally, the optimization method of performance and structure parameters of mine ventilation diffuser is formed. Under the engineering boundary constraint, the design method of diffuser structure is improved by theoretical deduction, the diffuser structure is optimized by numerical calculation, and the diffuser structure and its parameters are optimized by numerical calculation and model experiment. A double tangent streamline diffuser structure and its parameter optimization method based on performance parameters are developed.
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TD724

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張啟超,孫俊東,王海春,吳國棟;礦井通風系統(tǒng)改造的優(yōu)化選擇[J];煤炭技術(shù);2003年01期

2 王從陸,李樹清;復雜礦井通風系統(tǒng)耗散行為研究[J];有色礦山;2003年05期

3 安樹峰;礦井通風系統(tǒng)的評價[J];河北能源職業(yè)技術(shù)學院學報;2004年01期

4 蔡衛(wèi);礦井通風系統(tǒng)安全性評價及其應用[J];煤炭學報;2004年02期

5 程偉;對平煤集團公司礦井通風系統(tǒng)的評價[J];中國煤炭;2004年05期

6 孫建設(shè),葉留青;優(yōu)化礦井通風系統(tǒng)方案的灰色關(guān)聯(lián)模型[J];數(shù)學的實踐與認識;2004年07期

7 周靜,劉劍;礦井通風系統(tǒng)穩(wěn)定性的模糊綜合評價[J];礦業(yè)工程;2004年06期

8 王海寧,呂志飛,石發(fā)恩;礦井通風系統(tǒng)分析評估方法及其應用[J];礦業(yè)工程;2005年03期

9 曾憲祿;基于灰色關(guān)聯(lián)分析的礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化評判[J];煤礦機電;2005年04期

10 羅云慶;楊迎;馬超;;礦井通風系統(tǒng)未確知測度安全評價方法研究及應用[J];礦業(yè)安全與環(huán)保;2006年01期

相關(guān)會議論文 前10條

1 熊本良;杜祖福;劉四平;王永紅;;壓入式礦井通風系統(tǒng)分析及優(yōu)化調(diào)節(jié)[A];中國煤炭學會煤礦安全專業(yè)委員會2009年學術(shù)研討會論文集[C];2009年

2 謝賢平;馮長根;郭新亞;;礦井通風系統(tǒng)監(jiān)測點的優(yōu)化布局[A];材料科學與工程技術(shù)——中國科協(xié)第三屆青年學術(shù)年會論文集[C];1998年

3 王飛;;應用密切值法綜合評價礦井通風系統(tǒng)安全性[A];中國煤炭學會第六屆青年科技學術(shù)研討會論文集[C];2000年

4 張壽利;程衛(wèi)民;尹經(jīng)梅;朱德明;王衍生;辛嵩;孫榮貴;劉緒和;王以勤;王長柱;莊永勝;翟召湖;;老礦區(qū)礦井通風系統(tǒng)危險源辨識與控制技術(shù)的研究[A];2003年度中國煤炭工業(yè)協(xié)會科學技術(shù)獎獲獎項目匯編[C];2004年

5 郭斯旭;張延明;劉其忠;毛瑞軍;;山東金嶺鐵礦2008年度礦井通風系統(tǒng)測定及技改措施[A];第十六屆六省礦山學術(shù)交流會論文集[C];2009年

6 李朝祥;;江西鎢礦礦井通風系統(tǒng)的建立與發(fā)展[A];中國鎢工業(yè)回顧與展望研討會論文集[C];1993年

7 李華;武沖;;魏家地礦礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化研究與實踐[A];中國老科協(xié)煤礦安全生產(chǎn)問題學術(shù)研討會論文集[C];2002年

8 張黔生;謝賢平;;礦井通風系統(tǒng)可靠性優(yōu)化研究[A];中國職業(yè)安全健康協(xié)會2007年學術(shù)年會論文集[C];2007年

9 吳建明;杜玉海;李先杰;施祖遠;;草桃背鈾礦井通風系統(tǒng)專項整治方案及實施效果[A];中國核科學技術(shù)進展報告（第二卷）——中國核學會2011年學術(shù)年會論文集第2冊（鈾礦冶分卷、核能動力分卷（上））[C];2011年

10 李希永;郭斯旭;張延明;;2011年度礦井通風系統(tǒng)測定及技改措施[A];魯冀晉瓊粵川遼七省金屬（冶金）學會第十九屆礦山學術(shù)交流會論文集（采礦技術(shù)卷）[C];2012年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 盛曉明 孔崢臻;江西理工大學礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化研究通過評審[N];中國有色金屬報;2007年

2 記者 徐潔凈;礦井通風系統(tǒng)都要獨立[N];平頂山日報;2008年

3 中國礦業(yè)大學安全工程學院碩士研究生 鄒力力;煤礦的心臟——礦井通風系統(tǒng)[N];中國能源報;2011年

4 記者 王海濱　通訊員 張建懷 武青林;西山煤電集團技術(shù)創(chuàng)新助力安全生產(chǎn)[N];科技日報;2010年

5 本報記者 王揚;平煤股份一礦掀起“治風”行動[N];中國煤炭報;2013年

6 許宏勛;鶴壁三礦向精細化管理要安全[N];中國冶金報;2007年

7 本報通訊員 王建;東灘煤礦靠科技解難題[N];濟寧日報;2009年

8 通訊員 周豫 記者 楊沛潔;九礦決戰(zhàn)二季度取得不俗業(yè)績[N];平頂山日報;2009年

9 記者 孫海峰;甘肅煤炭企業(yè)安全及生產(chǎn)欠賬嚴重[N];甘肅日報;2005年

10 ;縣煤炭局積極落實“三推行”工作[N];貴州政協(xié)報;2007年

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 程健維;礦井通風系統(tǒng)安全可靠性與預警機制及其動力學研究[D];中國礦業(yè)大學;2012年

2 陳世強;礦井通風系統(tǒng)擴散器性能與結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[D];湖南大學;2015年

3 吳國珉;典型有色金屬礦山礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化與防塵技術(shù)研究[D];中南大學;2008年

4 李曉瑞;基于形式概念分析的礦井通風系統(tǒng)評價知識發(fā)現(xiàn)的研究[D];中國礦業(yè)大學（北京）;2009年

5 王從陸;非災變時期金屬礦復雜礦井通風系統(tǒng)穩(wěn)定性及數(shù)值模擬研究[D];中南大學;2007年

6 趙丹;基于網(wǎng)絡(luò)分析的礦井通風系統(tǒng)故障源診斷技術(shù)研究[D];遼寧工程技術(shù)大學;2011年

7 黃俊歆;礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)控算法與三維可視化關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中南大學;2012年

8 王洪德;基于粗集—神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的礦井通風系統(tǒng)可靠性理論與方法研究[D];遼寧工程技術(shù)大學;2004年

9 王孝東;高海拔金屬礦山礦井通風系統(tǒng)研究[D];北京科技大學;2015年

10 謝中朋;復雜礦井通風系統(tǒng)穩(wěn)定性研究[D];中國礦業(yè)大學（北京）;2015年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 葉顯峰;礦井通風系統(tǒng)安全評價研究與應用[D];西安科技大學;2009年

2 崔鋒;礦井通風系統(tǒng)安全性評價及應用研究[D];西安科技大學;2010年

3 張秋慧;礦井通風系統(tǒng)安全評價研究及應用[D];太原理工大學;2011年

4 邱進偉;礦井通風系統(tǒng)分析與優(yōu)化研究[D];安徽理工大學;2005年

5 譚家磊;礦井通風系統(tǒng)評判及安全預警系統(tǒng)研究[D];山東科技大學;2005年

6 劉宜平;恒源公司礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化研究[D];安徽理工大學;2006年

7 汪西榮;礦井通風系統(tǒng)安全評價應用及研究[D];山東科技大學;2006年

8 耿愛平;礦井通風系統(tǒng)可拓綜合評價方法的研究與應用[D];廣西大學;2008年

9 李曉榮;基于綜合集成評價方法的礦井通風系統(tǒng)安全評價研究及應用[D];太原理工大學;2012年

10 劉曉祥;礦井通風系統(tǒng)穩(wěn)定性綜合評判體系研究[D];昆明理工大學;2015年

，

本文編號：2240208