煤矿独头巷道受限贴附射流数值计算及结果分析

独头巷道压入式通风的风筒一般布置在独头巷道的侧壁,风筒出口的位置在巷道侧壁的中部,与迎头保持一定的最小距离。根据现场实际情况,同时为了便于分析,通过建立独头巷道受限贴附射流通风物理模型,确定边界条件和网格划分,进行数值计算,得到流场等值线图,表明了贴附射流的形成过程,并对其结果进行分析。     

独头巷道受限贴附射流有效射程的 理论研究与数值计算

为了探讨独头巷道受限贴附射流通风有效射程,利用巷道断面面积与风筒出流射流直径,定义了独头巷道射流的受限程度,采用理论分 析与数值计算方法,推导了受限射流无因次距离与沿程断面位置、断面流量和断面平均流速之间的关系式,建立了独头巷道受限贴附射流流动 特性模型。利用该模型,开展了8个不同工况下受限贴附射流的数值计算。结果表明,在受限的情况下,射流区无因次最大截面积出现在无因次 距离为0.200 0处,而无因次最大截面流量位于无因次距离为0.187 5处。理论推导和计算结果表明,所得模型和计算方法能更为准确预测受限 贴附射流的有效射程。     

独头巷道射流通风流场CFD模拟研究

独头巷道压入式通风是有限空间的受限贴附射流。独头巷道通风风流流场是通风理论和通风设计的基础。笔者根据流体动力学和射流理论 ,建立了独头巷道压入式受限贴附射流通风的紊流k -ε数学模型 ,分析了计算边界条件 ,并应用计算流体动力学 (CFD)的方法模拟了独头巷道射流通风流场 ,从理论上得出了独头巷道有限空间受限贴附射流通风的规律 ,为研究独头巷道合理并有效通风提供了新的理论依据。     

独头作业面多机射流通风新技术研究

1 射流通风方案的提出 独头作业面是指巷道掘进作业面和采场进路作业面等无贯穿风流的作业地点。这类作业面通常采用局扇和风筒进行局部通风。但是由于爆破作业时,产生的飞石和冲击波对风筒的破坏性较大,常常不能达到排烟排尘的技术要求。另外,高风压局扇的噪声较大,在生产中也难于维持正常运转。独头作     

掘进工作面贴附射流通风浓差理论研究

掘进工作面压入式通风形成的风流是贴附射流。根据流体力学和射流理论 ,通风射流体结构分为起始段和主体段。风筒出口风流是新鲜的 ,射流周围气体中污染物浓度高于射流体的浓度 ,与射流气体存在浓度差。因此 ,其通风射流为浓差射流。笔者分析了贴附射流主体段、起始段的轴心浓差和质量平均浓差 ,得出了计算模型。同时为研究压入式通风过程中污染物的分布提供了新的理论依据     

风筒出口至迎头距离对流场分布的影响

为考察风筒出口至迎头距离对掘进巷道流场分布的影响,利用Fluent软件模拟研究了风筒出口至迎头不同距离下的掘进巷道流场分布情况。结果表明,风筒出口至迎头不同距离下的瓦斯及粉尘浓度分布规律基本一致,均在风筒出口处较低,在迎头及巷道底板处较大,在迎头端底板处达到最大值。随着风筒出口至迎头距离的增大,靠近迎头区域处瓦斯及粉尘浓度均得以降低,但远离迎头处的瓦斯及粉尘浓度则有所增大。风筒出口不宜距迎头过远,也不可过近,过远会导致迎头处瓦斯超限,过近则会增大粉尘弥漫范围,不利于现场工人作业。     

射流附壁效应在矿井巷道掘进通风中的应用

在有除尘装置和局部通风的独头巷道里,为保证风流从掘进工作面向巷道流出,局部通风装置供给的风量要大于除尘装置的吸入风量,而且上述区域的风速要大于排尘风速0.25米/秒。但是,局部通风装置要获得较大的风量是不容易的。克·雷内尔发明的一种利用射流附壁效应的附壁风筒,能够较     

风筒出口位置对掘进工作面瓦斯分布的影响

根据计算流体动力学(CFD)理论,运用Fluent软件对掘进工作面的风流流场及瓦斯分布进行数值模拟,研究了在断面形状为梯形的掘进巷道中,瓦斯从掘进迎头和巷道两帮均匀涌出时,风筒出口离掘进迎头的距离对掘进巷道中风流流场和瓦斯分布的影响.结果表明: 压入式局部通风掘进巷道工作面风流从风筒出口流出后,沿风流方向瓦斯浓度逐渐增大,在靠近迎头处巷道两帮底部和顶部瓦斯浓度较高;随着瓦斯涌出量的增加,由于高浓度瓦斯密度降低而产生的上浮力的作用,在靠近迎头的上部区域发生瓦斯沿顶板逆风流方向流动的现象;上浮力的作用会改变流场的分布状况,在靠近迎头处产生涡流;风筒出口离掘进迎头越近,风流到达迎头时携带的瓦斯量越少,且迎头处的风速越大,靠近迎头区域中的瓦斯浓度越低.     

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.     

局部通风风筒直径的选择

应用局部通风提高掘进工作面空气质量是非常普遍的,局部通风的通风效果和经济性与风筒的选择密切相关.从风筒的购置费用、通过风筒局部通风消耗的电费及风筒日常的安装维护费用等最低经济条件下,定量分析了使用经济风筒直径在局部通风系统中的优点,并且得出了经济风筒直径计算式.通过实例验证了经济风筒直径计算式的正确性,获得了工作面所需风量与经济风筒直径的关系.在独头巷道的断面尺寸允许条件下,尽可能采用经济风筒直径进行局部通风,能降低通风能耗、提高风量,达到较好的通风效果.     

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。     

圆锥形喷嘴出口直径对水射流冲击动力特性的影响研究

为探讨喷嘴结构对水射流冲击动力特性的影响,以圆锥形喷嘴为研究对象,基于COMSOL数值模拟软件,建立不同出口直径的圆锥形喷嘴模型,研究出口直径对水射流冲击动力特性的影响。研究结果表明：圆锥形喷嘴水射流冲击煤岩体过程中,不同喷嘴出口直径下水射流流场分布特征相似,整个流场可分为集中区、发散区、回流区和卷吸区4个区域,随喷嘴出口直径增大,卷吸区逐渐消失,其余3个区域分布也明显减弱;煤岩体应力分布可分为中心应力集中区和两侧应力集中区,随喷嘴出口直径不断增大,中心应力集中区与两侧应力集中区的范围逐渐减小,当喷嘴出口直径为6 mm时,两侧应力集中区基本消失;主体段入口速度恒定条件下,圆锥形喷嘴优选以2～3 mm出口直径为宜,此时水射流冲击煤岩体效果较佳,且不会对喷嘴产生结构破坏。     

旋转风幕流场的数值模拟及实验研究

基于流体力学中空气射流理论,建立气幕旋风排风罩流场的三维数学模型。影响气幕旋风排风罩效果的因素很多,主要包括:射流气动参数、吹吸气动参数以及流动空间的边界条件和装置结构等。针对不同送风速度、不同送风角度下两种情况进行分析,并利用FLUENT计算动力学软件对这两种情况下气幕旋风排风罩的流场进行了数值模拟,经过比较确定出最佳效果时的参数,并利用示综烟雾进行了实验。结果表明:所建立的气幕旋风排风罩流场的数学模型完全正确,所确定的最佳效果时的参数和实际情况基本一致,可用于工程实际。     

消防脉冲水枪喷嘴结构优化研究

为了进一步提高脉冲水枪的灭火效率,采用CFD技术对维多辛斯基曲线结构、锥直结构和锥角结构3种喷嘴结构进行选型优化。CFD数值模型采用RNG k-ε方法模拟湍流,利用VOF模型追踪管道内部及外部流场的气液界面,研究了不同喷嘴结构对气液分布、能量转化、速度分布的影响,并结合水室中水的体积分数和出口速度曲线图对喷射周期进行分析。研究结果表明:维多辛斯基曲线结构射流周期T=14.8 ms、锥直结构T=15.4 ms、锥角结构T=17 ms;维多辛斯基曲线结构和锥直结构的出口速度衰减较缓慢,喷嘴前端的圆柱结构能提高射流速度的稳定性;维多辛斯基曲线结构喷嘴的出口速度更稳定、集束性更好、能量转化率更高,且产生的射流水柱呈锥式逐渐扩散,动能集中分布在轴线附近,能有效增大喷射距离,提高脉冲水枪的灭火效率。     

弯管与盲通管冲蚀磨损对比分析研究

为了研究石油管道流向急剧改变处的冲蚀磨损问题,采用DPM模型,通过改变入口流速、颗粒质量流速、颗粒直径,对90°弯管与盲通管的流场分布及冲蚀情况进行数值模拟。结果表明:弯管与盲通管最大冲蚀速率随入口流速的增大呈指数增长,随颗粒质量流速的增大呈线性增长;在50~100 μm粒径范围内,最大冲蚀速率随粒径的增加逐渐减小,在100~300 μm粒径范围内,随粒径的增加而增大;在入口流速、颗粒质量流速、颗粒直径相同的条件下,弯管最大冲蚀速率明显高于盲通管最大冲蚀速率,盲通管的耐蚀性更强;由于流体在盲通管产生涡旋现象,增加了颗粒能量的耗散,从而减小了进入下游管线颗粒的速率,使得颗粒更易积存于盲通段形成堆积层,减小了下游管段冲蚀速率。     

双风机并联机站局阻特性研究

为探究双风机并联机站局部阻力特性、完善机站局部阻力及其系数的计算公式,以实际矿井通风机站为工程背景,在分析机站流场能量损失机理的基础上,采用物理模型实验和数值计算相结合的方法,分析了机站入口分流、出口汇流的断面速度不均匀程度与机站阻力损失的关系,同时对不同宽高比的矩形断面进行多工况模拟。结果表明:断面速度不均匀性越大,速度分布重组造成的阻力损失越大;确定了机站局阻计算所需参数的合理测定位置,得出机站局阻系数计算时的综合影响系数Kc随风机工况增大而增大、随断面宽高比A增大而减小,并呈现较好的线性关系。研究结果可为多级机站通风系统通风阻力特性分析以及工程优化设计提供参考。     

超大空间空气流动的数值分析

利用计算流体力学专业软件umoni 2.0对超大空间的空气流动过程进行数值模拟,分析了速度场、温度场和压力场分布规律以及送风温度和送风速度对超大空间空气流动的影响.研究发现,超大空间进风口压力为负压,并以辐射状向周围负压递增,中间区域达到最大负压,在底部中间处出现正压.进风口温度最低,并沿着射流方向递增.墙壁及超大空间底部温度明显低于中部及顶部温度,但高于进风口温度,中部和顶部温度变化不明显.进风口速度明显大于其他区域速度,且沿射流方向递减,中部回流区有两个较大的涡流.当送风速度变大或送风温度减小时,底部温度可达较低温度,制冷效果明显;而送风温度与送风速度变化对超大空间的压力分布几乎没有影响.     

大断面公路隧道施工风流分布规律研究

为了采取有效的通风措施降低钻爆法施工的粉尘浓度,以辛庄隧道为例,通过对其掌子面附近风流的现场实测,系统的开展了风流流场分布规律的研究,并采用Fluent软件进行了数值模拟,模拟结果与实测数据基本吻合。结果表明:隧道内风流速度以风筒出口为界,分为射流扩张区、射流收缩区、涡流区、回流区4个部分;靠近掌子面的同一断面上:风速呈“中间小,两边大”的形式,且回流区面积稍大于射流区面积,其中射流区最大断面积约占整个断面积的40%。研究结果对隧道施工通风除尘具有一定的指导意义和使用价值。