本文關(guān)鍵詞：基于CFD的三相分離裝置工作性能仿真與參數(shù)分析

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【摘要】：摘要：高瓦斯礦井在開采前往往采用鉆孔施工來(lái)抽放瓦斯,以確保開采前瓦斯?jié)舛冗_(dá)到煤礦安全規(guī)定的數(shù)值。抽放過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的水、煤、瓦斯的混合物,盡管瓦斯可以排放地面,但水嚴(yán)重影響了開采環(huán)境。實(shí)際中亟需設(shè)計(jì)一種能將水、煤、瓦斯有效分離的裝置,改善采煤工作面的工作環(huán)境,并將瓦斯變害為寶,作為能源加以利用。本文首先分析了國(guó)內(nèi)外水、煤、瓦斯分離的技術(shù)現(xiàn)狀及其三相仿真研究的動(dòng)態(tài),發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)目前沒有有關(guān)水、煤、瓦斯分離器的研究報(bào)道。本文試圖采用CAD/CFD技術(shù),研究一種煤礦實(shí)用的高效的水、煤、瓦斯分離器。 本文所做的研究工作如下： (1)采用參數(shù)化設(shè)計(jì),針對(duì)煤礦翻斗車改造,使用UG軟件設(shè)計(jì)了水、煤、瓦斯分離器的初始結(jié)構(gòu),該分離器具有適應(yīng)礦井環(huán)境,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易、維護(hù)方便的特點(diǎn)； (2)進(jìn)行了分離性能的研究,提出了采用體積分?jǐn)?shù)來(lái)衡量水、煤、瓦斯的三相分離效率； (3)進(jìn)行了水、煤、瓦斯分離器瞬態(tài)流場(chǎng)的仿真分析,分析了水、煤、瓦斯分離器初始結(jié)構(gòu)的流場(chǎng)規(guī)律,并計(jì)算了初始分離效率； (4)找出了影響性能的關(guān)鍵因素,及其影響規(guī)律。參數(shù)化仿真結(jié)果表明： 1)瓦斯出口位置在最靠近進(jìn)口位置,瓦斯出口較容易從瓦斯出口排出,水出口的排水量大,分離效果較好； 2)瓦斯出口直徑稍大于進(jìn)口直徑,瓦斯出口排出的瓦斯較多,水出口排出的瓦斯少,分離效果較好； 3)擋板位置在靠近模型中部偏右的位置,瓦斯出口和水出口排出的瓦斯變化較小,水出口的排水量較大,整體分離效果較好； 4)擋板底邊距箱底高度稍低于進(jìn)口位置高度,進(jìn)口部分或全部浸沒在初始水相中,分離器分離效果較好； 5)進(jìn)口位置高度與擋板底邊距箱底高度相同或稍高于該高度,瓦斯出口排出的瓦斯量大,分離效果好； 6)進(jìn)口直徑與水出口直徑相同或稍大于水出口直徑,水出口排出的水較多,瓦斯容易從瓦斯出口排出,整體分離效果較好。 (6)針對(duì)初始設(shè)計(jì)模型,根據(jù)影響規(guī)律,提出了改進(jìn)設(shè)計(jì)的模型。該模型分離效率顯著提高,達(dá)到了水、煤、瓦斯的高效分離要求。 本文所進(jìn)行的研究工作為進(jìn)一步研究水、煤、瓦斯三相分離裝置的分離原理、分離特性提供了理論指導(dǎo)；為其裝置的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一種切實(shí)可行的方法。
【關(guān)鍵詞】：三相分離 瓦斯 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 數(shù)值模擬 結(jié)構(gòu)參數(shù)分析
【學(xué)位授予單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TD712
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目錄8-11
• 1 緒論11-19
• 1.1 研究背景11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 通用分離器的類型11-14
• 1.2.2 水、煤、瓦斯分離器14-16
• 1.3 分離器流場(chǎng)研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 研究目的及意義17-18
• 1.4.1 研究目的17
• 1.4.2 研究意義17-18
• 1.5 研究?jī)?nèi)容18
• 1.6 本章小結(jié)18-19
• 2 水、煤、瓦斯三相分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)19-29
• 2.1 設(shè)計(jì)要求19
• 2.2 UG參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)19-23
• 2.2.1 UG軟件概述19-22
• 2.2.2 參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)22-23
• 2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)23-27
• 2.4 材料選擇27-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 3 CFD數(shù)值模擬的基本理論與方法29-43
• 3.1 CFD數(shù)值模擬概述29-30
• 3.2 CFD數(shù)值模擬的求解過(guò)程30-33
• 3.3 網(wǎng)格劃分33
• 3.4 求解器的選擇33-34
• 3.5 流場(chǎng)模型的選擇34-36
• 3.5.1 多相流模型34-35
• 3.5.2 湍流模型35-36
• 3.6 控制方程36-41
• 3.6.1 質(zhì)量守恒方程36-37
• 3.6.2 動(dòng)量守恒方程37-39
• 3.6.3 能量守恒方程39
• 3.6.4 湍流控制方程39-41
• 3.7 求解控制參數(shù)設(shè)定41-42
• 3.7.1 壓力修正法的選擇41-42
• 3.7.2 離散格式的選擇42
• 3.8 本章小結(jié)42-43
• 4 基于CFD的三相分離器的工作性能分析與仿真43-54
• 4.1 三相分離器的分離性能定義43-44
• 4.1.1 三相分離器分離原理43-44
• 4.1.2 三相分離器分離效率的定義44
• 4.2 面向三相分離器的流場(chǎng)仿真分析方法44-46
• 4.2.1 仿真工具的選擇44-45
• 4.2.2 基于Fluent的仿真分析方法45-46
• 4.3 基于CFD的三相分離瞬態(tài)流動(dòng)仿真分析46-53
• 4.3.1 物性參數(shù)及邊界條件46-47
• 4.3.2 三相分離器初始模型的瞬態(tài)流動(dòng)仿真分析47-53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 5 基于CFD的三相分離器的參數(shù)分析54-69
• 5.1 分離器參數(shù)分析方案54-55
• 5.2 分離器的結(jié)構(gòu)參數(shù)分析55-65
• 5.2.1 瓦斯出口位置對(duì)分離器分離性能的影響55-56
• 5.2.2 瓦斯出口直徑對(duì)分離器分離性能的影響56-58
• 5.2.3 擋板位置對(duì)分離器分離性能的影響58-60
• 5.2.4 擋板底邊距箱底高度對(duì)分離器分離性能的影響60-62
• 5.2.5 進(jìn)口位置對(duì)分離器分離性能的影響62-63
• 5.2.6 進(jìn)口直徑對(duì)分離器分離性能的影響63-65
• 5.3 基于CFD的三相分離器分離性能的影響規(guī)律65-67
• 5.3.1 三相分離器結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響規(guī)律65-66
• 5.3.2 改進(jìn)模型66-67
• 5.4 本章小結(jié)67-69
• 6 結(jié)論與展望69-71
• 6.1 結(jié)論69
• 6.2 展望69-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 攻讀學(xué)位期間主要的研究成果目錄75-76
• 致謝76

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前8條

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本文編號(hào)：550468