皮带输煤暗道通风排尘改造方案优化研究

为了解决皮带输煤暗道运输过程中粉尘污染严重及冬季供暖不足问题,对暗道通风供热系统进行了优化改造研究。以中煤平朔安家岭264输煤暗道为例,基于气固两相流理论,利用CFD模拟方法,对暗道内由风速对悬浮粉尘浓度分布的影响规律进行数值仿真。模拟结果显示:当输煤暗道排尘风速由0.25 m/s升至0.35 m/s时,粉尘浓度降为3.2 mg/m3,暗道最大通风阻力为245.94 Pa,最低换热量747.68 kW。基于数值模拟结果,从3种优化方案中选定一压一抽联合式通风除尘方案进行改造,现场实测除尘效果良好,表明所提出的输煤暗道通风除尘方案具有实践指导意义。     

有热源巷道风流温度分布非稳定模型及数值计算

针对矿井有热源巷道中风流温度分布非稳定计算问题,通过通风巷道存在放热源-对流-扩散-热交换的非稳定温度传播方程,建立一维有限元数值模拟求解方法的数学模型,讨论按放热强度（2类热流量条件）的热源项处理算法,给出有热源通风巷道风流初始温度均匀分布与非均匀分布的定解条件,并编写计算机仿真程序进行求解计算。结果表明:在起点27 ℃-热源300 kW和起点32℃-热源100 kW的不同边界条件和热源强度下,有热源通风巷道中温度分布的非稳定传播过程;数值解收敛准则用Peclet数来衡量,取Pe<2作为收敛条件,程序中根据Peclet数自动加以判断,算例中剖分单元长度1.5 m,模拟时间步长取2 s不发生振荡。实现了巷道中风流各点的温度和温度分布随时间的变化过程的描述,为矿井系统多设备热源散热计算及热害防治设计提供基础算法。     

带式输送机尾粉尘逸散治理技术研究

为解决选煤厂输煤系统机尾粉尘污染问题,采用计算流体力学滑移网格技术与离散相模型的粒子跟踪技术相结合的新算法,研究输煤皮带运行中机尾粉尘颗粒的逸散现象,并自主设计一种密封式机尾集尘罩。分析结果表明,粘附在输煤皮带表面的浮尘是机尾的发尘源,滚筒离心力和风流剪切力是尘源飞扬的动因,煤粒之间的摩擦与碰撞产生的高动能细粉尘颗粒在滚筒处扩散;密封式机尾集尘罩能够完全阻隔机尾粉尘向作业空间扩散,漂浮起来的细粉尘颗粒在碰到壁面后慢慢反向沉降,而粗粉尘颗粒在横向运行一段时间后也自由沉降。现场实践表明,储煤仓106暗道机尾采用密封式集尘罩后,全尘与呼吸性粉尘的降尘率分别达到93.09%和88.92%。     

采场爆破粉尘运移规律的Fluent数值模拟

在对爆破烟尘源及其特征分析的基础上,以西石门铁矿南二采区为研究背景,运用Fluent软件通过气固两相流数值模拟方法对爆破后粉尘的分布及扩散规律进行研究,得出在现有条件下爆破粉尘的运移规律.采场爆破后很快产生大量粉尘且浓度较高,粉尘的运移受风流流场影响较为明显.在现有通风条件下,粉尘的净化主要靠重力沉降,而难以沉降的呼吸性粉尘的排出则需要较长时间.这不利于生产,亟须改善通风条件或采取其他措施较快速降低爆破粉尘浓度.数值模拟结果与现场测量结果基本一致,爆破产尘量大,排尘耗时久.     

隧道掌子面微尘气固耦合动态演化模拟与机理分析

为研究肺泡区高沉积呼吸性粉尘动态疏散演化特性与机理，解决该类粉尘难以测定的问题，以贵州省内2座在建高速铁路施工隧道为研究对象，对风筒不同位置布局条件下隧道施工作业区内粉尘质量浓度的时空动态演化特征进行现场检测。根据隧道实际工况参数建立数值模型，利用有限元ANSYS-Fluent软件离散模式对粉尘质量浓度场和气流场进行求解计算。结果显示：模拟与实测结果之间相对误差满足工程计算精度要求；通风作业时，Ⅰ号隧道内粉尘疏散出现附壁运动效应，疏散运动的活塞效应较Ⅱ号隧道更为明显，试验中后期Ⅰ号隧道的总尘疏散效率高于Ⅱ号隧道；通风95 min后，Ⅰ号隧道内高沉积呼吸性粉尘出现大范围疏散，而Ⅱ号隧道在通风110 min后滞留粉尘颗粒数量逐渐降低。造成2座隧道内总尘与高沉积呼吸性粉尘疏散效率相背离的主要机理为：较大粒径的浮尘在螺旋状偏向卷积运动作用下更容易穿越台车进行疏散，而小粒径粉尘悬浮效应严重且长距离的随流运动使其疏散时间随之延长。对隧体微尘进行气固耦合动态演化模拟与机理分析，可为通风除尘系统的优化设计提供数据支撑和理论依据，对进一步改善施工环境、保护作业人员身心健康具有重大指导意义。     

热喷涂粉尘质量浓度分布规律数值模拟及实验研究

基于气固两相流理论,采用仿真软件Fluent对热喷涂粉尘的扩散过程进行了数值模拟,分析了热喷涂车间气流速度对粉尘质量浓度分布的影响规律,并通过实验测定了车间呼吸层风速与粉尘质量浓度沿程分布,通过与模拟结果作对比分析,验证了数值模型的可行性。结果表明:粉尘颗粒自尘源处沿径向周围扩散,高质量浓度区域集中在尘源附近;车间气流速度越大,高质量浓度粉尘区域越小,车间粉尘质量浓度越低;当车间出风口风速为12 m/s时,除尘源区域外,呼吸层粉尘质量浓度已明显低于标准限值;通过对比分析,实测数据与数值模拟结果基本吻合,表明采用数值模拟方法研究热喷涂粉尘扩散规律是一种行之有效的方法。     

大型选煤厂粉尘在线监测与智能喷雾降尘系统研究

为解决大型选煤厂粉尘污染问题,提出了粉尘在线监测与智能喷雾相结合的降尘技术.以同煤集团塔山选煤厂输煤系统为研究背景,采用理论分析、现场实测及数值模拟等方法对输煤系统尘源扩散机理进行了研究.采用κ-ε湍流模型、欧拉模型和离散相模型(DPM)进行模拟,选择SIMPLE算法进行计算.模拟结果与实测数据基本一致.结果表明:在诱导风流的作用下输煤系统粉尘质量浓度较大,并以给料机及导料槽为中心径向逐步降低;同时,粉尘在线监测与智能喷雾降尘技术能有效降低输煤系统空间粉尘质量浓度,改善作业环境,空间粉尘质量浓度保持在国家标准以下.     

闭环回旋控尘技术的三维数值模拟研究

针对输煤皮带转载点粉尘污染大的问题,提出一种新型粉尘控制技术。以霍州煤电集团木瓜煤矿为例,以气固两相流理论的颗粒轨道模型为基础,结合现场实际粉尘扩散规律,三维数值模拟皮带转载点的粉尘逸散规律。根据粉尘颗粒在皮带转载点的运移规律,提出了闭环回旋控尘技术,通过气固两相流和颗粒碰撞理论的三维数值模拟对该技术的控尘机理进行研究,并在木瓜煤矿进行试验应用。结果表明:闭环回旋控尘技术能有效控制粉尘扩散和降低粉尘颗粒动能,其降尘效率达到88%以上,同时,该技术无需任何动力,是未来节能型除尘产品的发展方向。     

巷道湿喷作业风流-粉尘运移规律的数值模拟

为了解决巷道湿喷混凝土作业粉尘污染问题,针对巷道湿喷作业现场的风流场和颗粒场特点,采用κ-ε模型并运用气固两相流理论建立了巷道湿喷作业风流-粉尘运移的数学模型,利用Fluent软件进行了数值模拟,通过与现场实测数据对比,发现模拟结果与实测数据相吻合.结果表明,湿喷产尘口下风侧0～6m区域聚集了大量的高质量浓度粉尘云团,基本扩散至整个巷道断面,最低质量浓度高达12 mg/m3,湿喷产尘口下风侧6 m以后,高质量浓度粉尘云团消失,粉尘逐渐向巷道其他区域分散运移,但局部粉尘质量浓度依然高达30 mg/m3,直至湿喷口下风侧16.4 m以后,粉尘质量浓度迅速降低至3 mg/m3以下.由此提出了“湿喷作业粉尘三区理论”,并提出将参与搅拌、上料等作业程序的设备和人员布置在“可接受粉尘区”为最佳.     

基于CFD-DEM模拟物料流在转运点处的流动特性

转运点处产生的大量粉尘严重危害生产人员健康及设备安全,为了减少物料颗粒流在该处的产尘量,对颗粒流在输送带转运点处的运动过程进行了数值模拟。模拟依据流体力学基本控制方程和颗粒运动方程的基础理论,其中湍流模型选用RNG k-ε两方程模型,方法采用CFD-DEM双向耦合。经颗粒运动分析和压力流场分析,结果表明:物料颗粒流在转运点处的运动过程呈现出3个运动阶段:弧形下落、碰撞反射、稳定运输。根据这3个阶段的颗粒流运动规律及流场变化情况,改进了一种符合气固两相流流动规律的弧形防尘罩及溜槽,维持物料稳定流动,降低了下落时的动能和产尘量。     

含内热源松散煤体热湿迁移特性研究

为研究松散煤体内部热湿迁移规律,建立松散煤体多场-相变-扩散耦合数学模型,对热力驱动下的温、湿度场时空演变规律进行仿真研究;通过热湿迁移特性实验平台,对数值模拟结果的有效性与准确性进行验证。研究结果表明：温度相对误差小于5%,含湿量相对误差小于8%;松散煤体温度逐渐升高,温升速率逐渐减小,温度最终趋于稳定值,沿轴线方向温度呈指数性降低;松散煤体湿度场可分为煤体含水率和空气含湿量,在空间上可分为含水率减少区、含水率增大区和含水率不变区,随着计算进行,峰值含水率逐渐增大且向远离热源方向移动;含湿量相较于实验初期均有所增大,沿轴线方向先呈线性降低,后呈指数性降低且线性区域越来越大,指数性区域越来越小。     

综掘工作面风幕控尘除尘系统数值模拟及试验研究

针对综掘工作面掘进过程中粉尘污染问题,设计了一种新型高效的风幕控尘除尘系统,利用风幕风速衰减试验分析了风幕风速与距出口距离衰减的关系,当风幕末端风速达到2 m/s以上就能够有效控制呼吸性粉尘逃逸,另外,利用数值模拟的方法,对风幕控尘除尘系统工作原理进行了模拟,当风幕初速度为15 m/s、除尘风筒负压为-250 Pa时,风流到达巷道壁时的风速均达到了3m/s以上,风幕控尘除尘系统起到了很好的控尘和除尘作用.并对压入式通风+湿式除尘机除尘的方式进行了数值模拟,压入式通风的风流大部分被除尘风筒吸入,掘进头和压入式风筒与除尘风筒重叠段形成了无风区,大部分粉尘颗粒和瓦斯不能够及时排出,给生产带来了极大的安全隐患.     

综掘面尘源位置对负压抽风口位置的影响

为探究综掘机配套抽风口位置对巷道除尘效果的影响,利用FLUENT软件建立综掘巷道相似几何模型,开展粉尘从不同尘源位置释放时,压入式通风系统和综掘机配套抽尘系统的流场及粉尘场模拟研究。结果表明:综掘工作面压入式通风系统的粉尘扩散范围在距工作面1～2 m处;综掘机配套抽尘口位置在距工作面1 m时的风流特征最利于除尘且此时各个尘源位置巷道内的粉尘均得到明显改善;当采用综掘机配套抽尘技术后,综掘工作面各个尘源释放粉尘时,巷道内的总体粉尘质量浓度都得到降低,平均除尘效率在80%以上,最高可达93%,可以很好地满足煤矿井下的降尘要求。     

综采工作面风流-粉尘运移规律的数值模拟

针对综采工作面粉尘浓度居高不下的问题,基于风流场和颗粒场特点,建立三维k-ε湍流模型,并利用混合差分格式和基于同位网格的SIMPLE算法作为风-尘颗粒两相流的数值解法,利用FLUENT软件进行数值模拟。通过与现场实测数据对比,发现模拟结果与实测数据相吻合。研究结果表明,最大风速可达入口风速的1.67倍,并沿程形成了长达15 m的高速风流带;从后滚筒开始的下风侧区域,粉尘浓度发生两次急剧的降低,由此提出了"三阶梯现象",用以指导现场工作和防尘作业。     

综掘面旋流风幕抽吸控尘流场数值模拟

针对目前井下巷道内综掘工作面产尘量大,煤尘浓度高,降尘效率低的实际现状,探讨了配有附壁风筒的综掘工作面旋流风幕抽吸控尘的新型降尘方式,建立气体-粉尘颗粒两相流动的数学模型,利用Fluent对巷道流场进行数值模拟,并分析了风流扩散规律、粉尘分布规律以及影响粉尘分布规律的因素.模拟结果显示,综掘面旋流风幕抽吸控尘系统可在机掘工作面的有限空间内形成一个具有屏蔽作用的旋转风幕,将粉尘基本封闭在距掘进面0～3m的范围内.抽风口距离掘进面越近,高浓度粉尘存在范围和巷道中的粉尘浓度越小;增加抽风口个数可以提高除尘效率.     

新型湿式吸尘器

当前许多建筑材料工业产品的生产工艺均有大量产生粉尘的特点.在这种条件下所采用的工艺设备要求加强排气通风,而从设备排出的含尘空气(烟气)必须经过除尘净化. 含尘烟气排放源可能多种多样,且数量很多.不同排放源的含尘烟气中所含有害物质成分的质量、数量以及温度和含湿量各有差异。在原料烘干、破碎、辗磨、筛分、拌和和运输过程中,粉尘排放量特别大. 粉尘的特点是分散度高,粒度小于5μm的颗粒占其总量的20％～25％。多数原料含有很多游离二氧化硅,在热机械加工过程中形成的粉尘具有矽肺病危险性.     

基于凸形壁面的虚拟冲击式呼吸性粉尘采样器研究*

为研究满足BMRC曲线的呼吸尘采样器,提高呼吸尘采样的准确性,基于虚拟冲击原理,针对隔离主流和弱流通道壁面的形状,提出1种基于虚拟冲击原理的呼吸尘采样器的改进结构,并对不同模型进行模拟仿真实验,利用Ansys Fluent气-固2相流模拟采样器中的流场,对呼吸性粉尘颗粒在流场内的运动轨迹进行跟踪,对仿真得到的呼吸尘分离效能与BMRC曲线的标准进行对比。结果表明:相比采样器原型和主弱流壁面形状为“凹型”,虚拟冲击式呼吸尘采样器主弱流壁面形状为“凸型”时对呼吸尘采样的效果更好,同时分离效能与BMRC曲线的标准差为δ=2.65%,满足偏差小于等于5%的要求。研究结果可为呼吸尘采样器的优化设计提供参考。     

基于FLUENT的炼钢电炉车间粉尘控制措施优化*

为降低炼钢电炉车间粉尘对作业人员的危害,通过对某钢铁厂电炉车间实际情况为研究背景,利用现场调研与数值模拟对炼钢电炉车间的粉尘空间分布以及粒子运动规律进行分析。在采用FLUENT粒子流场综合计算的理论基础上,利用DPM颗粒运动轨道中的离散运动模型,加载粒子相,并综合计算两相流,最终得到粒子的运动规律。通过分析逃逸扩散粉尘在不同空间分布中的情况以及扩散粉尘颗粒物逃逸率的情况,综合分析对车间环境造成的影响。结果表明:粉尘粒径越小,对气流的跟随性越好,排风口对粉尘的捕集效果越差;集气罩的安装位置距离污染源越近捕集效果越好;集气罩的尺寸越大对粉尘的捕集效果越好。     

矿井井筒提升设备绕流的数值模拟

基于经典的流体力学理论,建立罐笼绕流的二维RNGκ-ε湍流模型,分析其初始边界条件,并结合工程实际应用FLUENT计算流体动力学软件模拟罐笼运行时井筒内流场及压力场,得出井筒内流场及压力场的变化规律。研究结果表明:在罐笼运行期间,由于空间受限而引发活塞效应,井筒内压力发生瞬态变化,造成通风系统的压力波动,导致气流运动的动态改变,对通风系统稳定性有一定的影响。     

组合式通风打磨台风量对粉尘控制效果的影响

打磨作业过程中,利用组合式通风打磨台进行通风除尘已得到广泛应用,但大多根据经验设置通风参数。以数值模拟为研究手段,采用CFD-DPM风流-粉尘耦合数值模拟方法,研究粉尘最大浓度和呼吸带粉尘浓度与风量分配和总排风量的关系,对组合式通风打磨台进行通风除尘系统参数优化,为金属打磨粉尘治理提供依据。研究结果表明:当组合式通风打磨台总排风量为1 850 m3·h-1、台面与壁面的配风比K=1.67时,粉尘质量浓度较低,防尘效果最好。