本文關(guān)鍵詞：主風機風硐流場特性及參數(shù)優(yōu)化研究

  更多相關(guān)文章： 風硐 數(shù)值模擬 渦流 穩(wěn)定段長度 風速分布

【摘要】：隨著井下礦產(chǎn)資源開采深度的增加,進而對通風要求不斷提高。主風機功率較大,運行時間長,因此耗能非常巨大,一般占全礦用電量的30%。在當今這個提倡可持續(xù)發(fā)展、節(jié)約能源的大背景下,研究如何降低主風機運行耗能,有著重要的意義。本文從降低風機附屬裝置阻力的角度進行研究,優(yōu)化風硐結(jié)構(gòu)參數(shù),使風硐與主風機合理匹配,減少風流能量損失,降低耗能,具有提高企業(yè)經(jīng)濟效益的現(xiàn)實意義。本文基于射流理論、邊界層理論等流體力學理論,在分析風硐內(nèi)風流流動狀態(tài)的基礎(chǔ)上,依托某礦山實際,分段構(gòu)建風硐各主要部位的幾何模型,從三大守恒定律等基本原理出發(fā),建立數(shù)學模型。運用FLUENT軟件,對各個物理模型進行數(shù)值模擬,研究不同擴散器出口風速、斷面比(擴散器出口斷面與風硐斷面比)等條件下風硐的流場分布,提出了風硐流場穩(wěn)定所需的"流場穩(wěn)定段長度"概念,為主風機與風硐合理匹配提供了依據(jù);此外,擬合出風流經(jīng)轉(zhuǎn)彎進入風硐后風速分布穩(wěn)定所需的長度公式,針對直角轉(zhuǎn)彎處局部阻力大的問題,提出了優(yōu)化改造方案,并對改造后的效果進行了分析。研究表明:主風機風流射出后,由于擴散器出口與風硐間存在斷面差,會在出口四周形成渦流區(qū),隨著風流向前發(fā)展,渦流會逐漸消失,風流的方向會最終達到一致向前。影響渦流完成穩(wěn)定所需"流場穩(wěn)定段長度L"的主要因素為斷面比ε。研究了不同斷面比ε條件下的"流場穩(wěn)定段長度L"以及二者間的定性定量關(guān)系,擬合出了 ε與L間的數(shù)學關(guān)系式L = 4.844/ε~(1.015)-5.082,為主風機與風硐的合理匹配提供了依據(jù)。結(jié)果表明,當風硐長度小于"流場穩(wěn)定段長度"時,風硐內(nèi)產(chǎn)生的渦流不能完成穩(wěn)定,其風流流入擴散塔或豎井時,會在轉(zhuǎn)彎處造成局部阻力疊加,極大的增加了風硐整體的能量損失;相反,當風硐長度滿足"流場穩(wěn)定段長度"時,則不會有此影響。根據(jù)回風井風流經(jīng)轉(zhuǎn)彎后進入風硐的流場研究擬合出了風流經(jīng)轉(zhuǎn)彎后風速分布穩(wěn)定段長度的數(shù)學關(guān)系式X=(0.49/(?)α + 5.17)D。風流經(jīng)轉(zhuǎn)彎后的風速分布穩(wěn)定段長度X0主要與摩擦系數(shù)α及風硐當量直徑D有關(guān),當雷諾數(shù)Re105時,與Re無關(guān),總結(jié)出風硐在不同摩擦阻力系數(shù)條件下,其風速分布穩(wěn)定段長度的具體取值范圍。通過將內(nèi)外直角轉(zhuǎn)彎刷成圓弧和安設(shè)導流葉片,其局部阻力及能量損失可有效降低,且風流經(jīng)轉(zhuǎn)彎后所需的風速穩(wěn)定段長度亦大大縮短。
【關(guān)鍵詞】：風硐 數(shù)值模擬 渦流 穩(wěn)定段長度 風速分布
【學位授予單位】：江西理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TD726
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-15
• 1.1 研究背景10
• 1.2 研究目的和意義10-11
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3.1 主風機風硐的理論研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3.2 主風機風硐的工程實踐研究現(xiàn)狀12
• 1.3.3 礦山通風的數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀12-13
• 1.4 研究內(nèi)容、技術(shù)路線13-15
• 1.4.1 研究內(nèi)容13
• 1.4.2 技術(shù)路線13-15
• 第二章 風硐內(nèi)風流流動理論研究15-31
• 2.1 風硐簡介及其阻力分析15-17
• 2.1.1 主風機風硐簡介15-16
• 2.1.2 風硐內(nèi)風流的通風阻力分析及計算16-17
• 2.2 射流基本理論及研究方法17-26
• 2.2.1 射流理論的發(fā)展歷程18
• 2.2.2 自由紊動射流及其基本特性18-20
• 2.2.3 圓形自由紊動射流及其基本特性20-24
• 2.2.4 圓形受限空間的貼附紊動射流及其基本特性24-26
• 2.3 附面層(邊界層)基本理論26-30
• 2.3.1 附面層的定義26-27
• 2.3.2 附面層動量積分關(guān)系式27-29
• 2.3.3 附面層理論在風流轉(zhuǎn)彎后穩(wěn)定長度的應(yīng)用29-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第三章 FLUENT數(shù)值模擬基礎(chǔ)理論與數(shù)學模型31-38
• 3.1 風流流動狀態(tài)31-33
• 3.1.1 擴散器內(nèi)風流流動狀態(tài)31-32
• 3.1.2 風硐內(nèi)風流流動狀態(tài)32-33
• 3.1.3 主風機風硐的流場分析33
• 3.2 計算流體力學概述33-34
• 3.2.1 FLUENT軟件簡介33-34
• 3.2.2 FLUENT工作流程34
• 3.3 數(shù)值模擬理論基礎(chǔ)34-35
• 3.3.1 流場數(shù)值計算的方法分類34-35
• 3.3.2 湍流模型35
• 3.4 風流流場模擬的控制方程(數(shù)學模型)35-37
• 3.5 本章小結(jié)37-38
• 第四章 主風機風硐流場數(shù)值模擬38-65
• 4.1 幾何模型的建立38-40
• 4.1.1 礦山概況38
• 4.1.2 幾何模型38-40
• 4.2 模擬前處理40-41
• 4.2.1 計算網(wǎng)格的生成40-41
• 4.2.2 設(shè)置邊界條件及區(qū)域類型41
• 4.3 求解計算過程41-44
• 4.3.1 網(wǎng)格的輸入及檢查41-42
• 4.3.2 數(shù)值模擬參數(shù)設(shè)定42-43
• 4.3.3 風硐風流流場的迭代計算43-44
• 4.4 風機出口端風硐數(shù)值模擬結(jié)果分祈44-48
• 4.5 流場穩(wěn)定段長度的定義及作用48-57
• 4.5.1 流場穩(wěn)定段長度的數(shù)學定義48
• 4.5.2 流場穩(wěn)定段長度在井下巷道的作用48-53
• 4.5.3 流場穩(wěn)定段長度在地表擴散塔的作用53-57
• 4.6 影響流場穩(wěn)定段長度的因素分析57-62
• 4.6.1 擴散器出口風速對流場穩(wěn)定段長度的影響分析57-58
• 4.6.2 斷面比與流場穩(wěn)定段長度的關(guān)系58-62
• 4.7 現(xiàn)場測定驗證62-64
• 4.7.1 測點布置62-63
• 4.7.2 測定結(jié)果分析及優(yōu)化改進63-64
• 4.8 本章小結(jié)64-65
• 第五章 風流經(jīng)轉(zhuǎn)彎后風速分布穩(wěn)定段長度研究65-76
• 5.1 風流轉(zhuǎn)彎后的結(jié)構(gòu)分析65-66
• 5.2 風流經(jīng)直角轉(zhuǎn)彎的流場數(shù)值模擬66-73
• 5.2.1 摩擦阻力系數(shù)對風流經(jīng)轉(zhuǎn)彎后風速分布穩(wěn)定段長度影響67-71
• 5.2.2 雷諾數(shù)Re對風流經(jīng)轉(zhuǎn)彎后風速分布穩(wěn)定段長度的影響71-72
• 5.2.3 風硐當量直徑對風流經(jīng)轉(zhuǎn)彎后風速分布穩(wěn)定段長度的影響72-73
• 5.3 直角轉(zhuǎn)彎的優(yōu)化改造及改造后的效果分析73-75
• 5.3.1 直角轉(zhuǎn)彎的優(yōu)化改造73
• 5.3.2 改造后的效果分析73-75
• 5.4 本章小結(jié)75-76
• 第六章 結(jié)論與展望76-79
• 6.1 主要研究成果與結(jié)論76-77
• 6.2 展望77-79
• 參考文獻79-82
• 附錄A 不同斷面比的流場穩(wěn)定段長度82-87
• 附錄B 不同摩擦阻力系數(shù)的風速分布穩(wěn)定段長度87-90
• 致謝90-91
• 攻讀學位期間的研究成果91

【參考文獻】

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本文編號：776165