气幕式排风柜极限流量比的实验研究

1 气幕式排风柜 出于节能和更好地控制有害物的需要,我们设计了一种新型排风柜——气幕式排风柜,是采用送风射流来封闭排风柜操作口,由射流把有害物控制在排风柜内,通过排风系统把其排走,实际上是一个送排风系统。根据送风口位置的不同,把气幕式排风柜分为上送气幕式排风柜[图1(α)]和下送气幕式排风柜[图1(b)]。     

旋幕式排风罩收集电焊烟尘的数值模拟

为解决电焊烟尘气流无组织排放对焊工健康和环境造成的严重影响,得出旋幕式排风罩的最佳设计参数及气流组织形式,选择GAMBIT软件建立排风罩的物理模型并进行网格划分,选用雷诺平均N-S方程(RANS)、Realizableκ-ε湍流模型及DPM离散相模型,利用Fluent计算流体力学软件对旋幕式排风罩捕集效率的相关参数进行模拟计算。结果表明:旋幕式排风罩能有效控制电焊烟尘气流的扩散;喷口角度对涡流产生的大小、位置和强度影响最大;最佳设计参数为有效吸程1. 5 m,喷口角度80°,喷口宽度14 mm;在该设计参数条件下,当罩面吸口风速为0. 3 m/s、喷口风速为1. 1m/s时,捕集效率达到最高,为98. 28%。     

接包机排风罩捕集区域受侧向风影响的研究

排风罩是局部通风系统的主要设备之一,其集尘性能直接关系到生产作业场所粉尘的控制效果,排风罩性能受诸多因素制约,当系统参数确定后,考虑外界干扰的影响就显得尤为重要。作者针对水泥行业包装作业典型生产工艺过程和现场布置,运用现场调查、试验性公式计算与数值模拟等研究方法,对包装车间接包机排风罩外部气流流场进行量化研究。通过现场调查获取流场特点与数据,由实验性公式计算和数值模拟得出排风罩捕集区域的特征距离、流场特征线及典型平面的风速分布云图。从而得出结论:侧向风对接包机排风罩捕集效率的影响很大,排风罩捕集效率下降达50%。     

基于数值模拟的槽边射流吹吸罩控制面与控制风速研究

槽边射流吹吸罩已广泛应用,但以射流理论为基础的计算方法多通过经验确定关键控制参数,并进行设计和应用,忽略了一些因素对吹吸流场的影响,难以准确确定槽边射流吹吸罩控制面板位置和控制污染物所需最小风速的要求。因此,以苏联巴杜林的射流末端速度法为例,利用计算机流体力学计算技术,对不同送排风速情况下三维槽边射流吹吸罩的流场分布和毒物控制效果进行模拟分析,确定槽边射流吹吸罩控制面位于0.6～0.8 L的位置,一般取0.65 L的位置,为防止污染物扩散,控制面的风速不宜小于1.28 m/s。     

矿井避难硐室气幕隔绝系统试验研究

根据避难硐室气幕阻隔系统的防护功能,确定该系统由供气装置、散气装置和启闭装置组成;根据射流理论和对比试验确定气幕系统最佳孔径为1.2mm,最佳孔间距为40mm;通过SPSS方法建立模型,确定气幕系统以衰减距离x为变量的气体衰减函数;根据孔径、孔距及幕帘尺寸,计算确定气幕防护系统的最小供风量为1.61×10 -3m3/s;通过模拟密闭空间阻隔性能测试,确定气幕系统的最大阻隔效率可达90％以上,同时阻隔效率随着二氧化碳初始浓度的增加而降低.     

机掘工作面旋转射流屏蔽通风流场特性数值研究

旋转射流屏蔽通风是应用于机掘工作面中的一种新型通风方式.在理论分析的基础上,利用计算流体力学软件Fluent对这种通风方式下机掘工作面风流流场和有害物控制情况进行了数值模拟.结果表明:旋转射流屏蔽通风能在机掘工作面前方形成一旋转风幕,将掘进产生的粉尘阻隔在旋转风幕和掘进端头之间的有限空间内,并在吸口吸气流的作用下将其排出;在旋风流场和抽风筒吸气流的共同作用下,集尘-除尘装置风口前方巷道中心吸风口部位压力较周围压力低,从而使气流向抽风筒汇集,大大提高了吸风口的抽吸效果;旋转射流作用下的吸气流动轴线速度衰减较普通抽吸缓慢,提高了控制粉尘的能力,有利于远距离粉尘的捕集;旋转射流在巷道横断面上形成稳定旋风,使得工作面的粉尘和瓦斯被卷吸到巷道中心,并在巷道中心横向风共同作用下将粉尘和瓦斯带到吸风口附近,有利于吸气风筒对粉尘和瓦斯的捕集.     

用气幕阻止粉尘向采煤司机工作区扩散的分析

根据紊流射流理论及气幕隔尘原理,分析了不同气幕布置形式的隔尘效果。横向气幕和斜向气幕由于影响工作面风流的正常流动,使采煤机司机的工作区处在低压区,造成含尘气流向司机工作区回流,隔尘效果差;斜向气幕随气幕与工作面走向的夹角的减小,隔尘效果逐渐增加;纵向气幕隔尘效果较好,且通过调整纵向气幕射流喷射角度及其距工作面煤壁的距离,可使纵向气幕的隔尘效果进一步增加。     

风幕封闭的综掘面硫化氢治理技术研究与应用

为解决综掘面掘进过程中硫化氢涌出影响矿井安全生产的问题,现场测试分析晋牛矿8116综掘面硫化氢的分布特征,提出利用风幕风机封闭综掘断面,防止硫化氢外溢的治理方案;依据势流叠加原理和流体力学理论,建立空间受限条件下风幕风机流场的数学模型;为验证该模型的正确性,在模拟巷道进行风幕射流速度衰减试验。结果表明:风幕风速随着射流距离的增加不断衰减,且呈现先急后缓的变化趋势,数学模型所计算出的理论风速与实测风速基本一致;径向射流风幕需要封闭的空间断面内,实测风速都在2. 7 m/s以上,能有效抑制硫化氢向外逸散。通过井下工程应用,该装置可使掘进机司机处的硫化氢体积分数由43. 5×10~(-6)降至3. 2×10~(-6),治理效果显著。     

基于正交分析的防烟缓冲区参数设置研究

为了研究典型长廊型高层建筑中走廊-前室缓冲区不同参数设置对烟气控制的影响,利用FDS软件建立长廊型高建筑火灾烟气运动模型。利用空气幕配合正压送风在前室门前形成防烟缓冲区,运用正交设计的方法分析流量比、空气幕射流速度以及空气幕射流角度对缓冲区防烟能力的影响,得出防烟缓冲区最佳模式为空气幕送风量与前室加压送风量之比为2∶1,空气幕射流速度为8 m/s,空气幕射流角度为30°。与传统正压送风防烟模式相比,防烟缓冲区最佳模式下,前室的平均CO浓度降低了99.99%,平均温度降低了98.47%,防烟缓冲最佳模式使前室加压送风量减少了1/3,楼梯间加压风量减少22.56%,节约了送竖井的地面积,减少了进入走廊和火场区的送风量,使排烟效率提高了8.76%。     

多层采空区流场局部动态平衡数学建模分析

针对大同矿区浅埋深、多煤层群、近距离、两硬条件下开采形成的多层采空区极易发生自燃的问题,进行风流流场调压分析,以达到控制采空区遗煤自燃及防止有害气体流人工作面的目标.建立了多层采空区流场调压数学模型,得出工作面风压调节的最优参数,结合工程实际分析,确定了多层采空区流场调压需要达到的预期效果.提出多层采空区流场局部动态平衡的调压方法,结合达西线性渗流定律,确定了多层采空区流场达到局部动态平衡的调压允许范围,并提出调压自动控制方法.     

基于空气幕与排烟系统的隧道火灾烟气控制研究*

为研究隧道火灾时空气幕与排烟系统复合模式下的烟气蔓延规律,优化选择防排烟方式,以某越江隧道为研究对象,运用FDS数值模拟方法探究射流速度、排烟量和空气幕与排烟口间距对防排烟效果的影响。结果表明:空气幕与排烟口间距对射流特性与烟气蔓延有较强影响,间距为30 m的控烟效果最佳;空气幕与机械排烟复合作用的控烟效果远优于每个独立系统,可实现可靠挡烟和有效排烟;当火源功率20 MW时,随空气幕射流速度的增加挡烟效果有所增加,但射流速度不宜过大,取20~30 m/s;机械排烟对温度与可见度影响比空气幕作用效果显著,一定程度上增加排烟量可降低所需气幕射流速度;综合考虑防排烟的有效性和经济性,取射流速度为20 m/s、排烟量为100 m3/s为最优防排烟组合方式。     

掘进面出风口风流与风幕调控下的粉尘分布响应曲面优化研究*

为了解决煤矿掘进面风筒出风口参数不能动态变化,而传统风幕全断面控尘效果不理想引起的粉尘浓度高等问题,通过分析风幕和出风口参数对粉尘分布规律的影响,以此得到合理的出风口风流与风幕综合调控方案,降低粉尘浓度。以陕西神木柠条塔煤矿N1212巷道为研究对象,利用Fluent软件建立出风口风流与风幕综合调控的粉尘场有限元模型,设计出风口风流及风幕综合调控响应曲面实验,得到最佳综合调控方案为:风幕射流出口宽度为0.16 m,风幕射流出口速度为6 m/s,出风口口径为0.9 m,出风口右偏角度为3°。搭建相似模拟实验平台来验证最佳综合调控方案,研究结果表明:调控后回风侧行人呼吸处和司机位置处粉尘平均浓度分别降低89%和81%,有效改善掘进面作业环境。     

水幕与排烟系统协作下隧道火灾烟气防控研究

为优化选择水幕和机械排烟系统作用下最佳防排烟方式，运用FDS数值模拟方法探究排烟速率和水幕与排烟口间距对烟流分布的影响，并对11组模拟工况下排烟效率和烟气特征参数变化规律进行研究。结果表明:20 MW的火源功率下，排烟速率为60 m3/s、水幕与排烟口间距为12.5 m时，排烟效率较高且烟气特征参数满足安全要求，考虑防排烟的有效性和经济性，可选其为最优防排烟组合方式。研究结果对防排烟系统的设计具有指导意义。     

空气幕对城际铁路地下车站火灾烟气控制数值分析

为将空气幕作为城际铁路地下车站控烟措施提供理论依据,进而为地下车站防灾控烟设计提供新思路,以某典型城际铁路地下车站岛式站台层为依托,采用火灾动力学三维模拟软件FDS建立全尺寸火灾模型,对比单吹式、吹吸式空气幕布置于站台与轨行区间时楼梯及站台处温度及可见度分布规律,并分别对单吹式、吹吸式空气幕的射流风速、射流角度进行了参数优化研究。结果表明:单吹式、吹吸式空气幕均可保证火灾下楼梯区域可见度和温度的安全性要求;单吹式在射流风速为12 m/s且射流角度为10°时,吹吸式在射流风速为8 m/s时,防烟效果良好且趋于稳定;采用单吹式的最小站台危险区域较吹吸式长15 m,建议在城际铁路地下车站中选用吹吸式空气幕。     

Flame extension length of inclined hydrogen jet fire impinging on a water curtain

The use of a water curtain system to prevent fire spread has been extensively investigated, but the case of an inclined jet fire inhibited with a water curtain is not involved. A series of experiments were conducted on inclined hydrogen jet fires with various fuel flow rates, nozzle diameters and inclination angles under the influence of a vertical water curtain. This study aims to explore the burning behaviors of inclined jet flames at the impingement area, specifically the flame extension lengths. The experimental results show that an increase in fuel flow rates or nozzle diameter leads to a larger flame extension length. With the increase of flame inclination angle, the flame extension length decreases and the influence of nozzle diameter on the flame extension length is attenuated. A new dimensionless heat release rate is proposed to correlate with the dimensionless flame extension length by incorporating an air entrainment coefficient. The model built in this study can be used to predict the flame extension length of jet flames with different diameters, fuel flows and inclinations under the influence of a water curtain, and is validated by data in the previous study.     

高层建筑火灾中烟气组合控制设置参数的研究

利用FDS模拟研究走廊中排烟口数量、位置以及挡烟垂壁与缓冲区的结合对高层建筑烟气控制效果的影响,寻找最佳组合烟气控制模式。结果表明,在走廊中部设置1个以排除火灾产生烟气为主的排烟口,在空气幕前方2m处设置1个以排除新鲜空气为主的排气口,并且在排气口后方0.5m处设置1个挡烟垂壁的组合烟气控制模式具有最佳的烟气控制效果。挡烟垂壁离机械排烟口0.5m时,可以有效降低缓冲区及前室的温度和烟气浓度,前室内CO2体积分数下降21.4%,温度下降9℃。当挡烟垂壁离空气幕较近时,走廊内的温度和烟气浓度反而上升。     

悬停状态双旋翼气动干扰与安全间隔研究*

为了保证旋翼无人机编队飞行时的安全性,探究双旋翼间的气动干扰作用,采用计算流体力学仿真的方法,研究悬停状态下不同间隔的双旋翼流场干涉特征和气动参数变化。首先通过单旋翼实验和数值结果对比,验证数值方法的有效性;然后分析不同间隔双旋翼流场干涉的截面速度分布和涡量分布特征;最后讨论双旋翼作用下间隔对气动参数的影响。研究结果表明:气动干扰主要影响2#旋翼的流场特征和气动参数;当两旋翼无横向间隔时,流场可保持对称性,气动力变化主要表现为拉力和扭矩的降低;当横向间隔0.5D≤X≤1.0D时,2#旋翼速度场和涡量场扩散范围受限,其流场出现明显非对称特征;在X=0.5D且1.0D≤Z≤3.0D间隔时2#旋翼受到显著俯仰力矩作用,为悬停较危险区域。     

运输设备对巷道火灾烟气流动的影响

为了研究运输设备对巷道火灾中温度场及烟气流动的影响,本文采用火灾模拟软件FDS考察了两种通风速度情况下运输设备对水平巷道火灾中烟气流动的影响,并将结果进行分析比较。结果表明:与空旷巷道相比,障碍巷道内的烟气沉降较快,运输设备会使得烟流在水平方向上的迁移加快,当其位于火源右侧时;与高通风速度的巷道相比,低风速情况下运输设备对巷道温度分布影响更明显,高温区集中分布在火源与设备之间;另外运输设备会对巷道内的气流速度分布产生较大影响,巷道局部一段区域内气流速度呈现分布不均的现象。