矿山深部开采水力通风的螺旋塔板换热结构研制与试验

摘要

随着矿井开采深度的不断增加，矿井高温热害问题直接影响着工人的工作环境及安全生产。鉴于此，本课题小组已结合矿井人工制冷降温技术和水能利用理论，完成了一套深井局部水力通风降温高效联合技术方法，并设计及制造出一台水力通风换热样机。但测试实验结果表明该装置存在通风量过小、风道涡流阻力过大、布水不均等问题需要改进。本论文通过大量的文献研究决定对水力通风换热机进行换热结构改造并进行室内模拟实验，主要研究内容及得出的结论如下:
　　(1)根据国内外高温深井制冷的研究现状，总结分析矿山水能利用现状及气液对流换热实践经验与应用理论，同时介绍了水力通风换热机的基本原理和主要功能。水力通风换热机主要由动力系统、气液换热系统、供水系统三部分组成。热空气和冷水的气液对流换热主要在换热室内。本研究为深井通风降温提供了一种新技术、新方法。
　　(2)确定矿井制冷通风系统各主要参数（如温度、压力、密度等）对能量的影响，对热力学第一定律、热力学第二定律、熵增原理、熵与能量的关系及对流换热理论进行深入研究分析，为水力通风换热机的能量转换研究奠定理论基础。
　　(3)明确水力通风换热机各基本性能参数与动力效率和换热效率的联系，确定该装置中熵的组成，并以提高换热效率为目的提出了在换热室内增加螺旋浇淋板式换热结构的设想
　　(4)通过分析螺旋气液对流对通风性能及换热效率的影响，参照螺旋浇淋板式换热结构，设计出合理的螺旋塔板结构，确定了螺旋塔板形状、高度及小孔数目、螺旋线的位置等，选择合适的工艺制造螺旋塔板并对水力通风换热机进行了组装。
　　(5)制定改装前后换热机的对比实验方案，利用能量守恒及熵增原理，分析装置性能，实验证明，螺旋塔板增加可将能量利用率提高25.5％，达到设计要求。

目录

声明

摘要

主要符号表

1 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 课题研究的目的和意义

1．2．1 课题研究的目的

1．2．2 课题研究意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 水能利用的研究现状

1．3．2 对流换热的研究现状

1．3．3 水力通风换热机工作原理及结构介绍

1．4 研究内容

1．5 研究方法与技术路线

1．5．1 研究方法

1．5．2 技术路线

2 矿井制冷通风系统能量利用研究

2．1 矿井制冷通风系统主要状态参数

2．1．1 温度

2．1．2 压力

2．1．3 湿度

2．1．4 比容或密度

2．1．5 内能

2．1．6 焓

2．1．7 熵

2．2 能量利用理论研究

2．2．1 热力学第一定律

2．2．2 热力学第二定律

2．2．3 熵增原理

2．2．4 熵与能量的关系

2．3 对流换热理论研究

2．4 本章小结

3 水力通风换热机能量转换分析及螺旋浇淋板式换热结构

3．1 换热机样机及设备参数

3．2 换热机的关键性能参数

3．2．1 水头

3．2．2 转速

3．2．3 流量

3．2．4 风压

3．2．5 功率

3．2．6 动力转换效率

3．2．7 换热效率

3．3 换热机熵分析

3．4 螺旋浇淋板式换热结构

3．4．1 换热流体的基本流动形态

3．4．2 换热结构的种类

3．4．3 集喷淋换热原理、塔式螺旋通道为一体的螺旋浇淋板式换热结构设想

3．4．4 螺旋浇淋板式换热结构的特点及优越性

3．5 本章小结

4 螺旋塔板的初步设计及制造

4．1 螺旋塔板的初步设计

4．1．1 螺旋塔板的设计依据

4．1．2 螺旋式塔板结构对换热机通风性能的影响

4．1．3 螺旋式塔板结构对换热机换热效率的影响

4．2 螺旋塔板的具体设计与制造

4．2．1 螺旋塔板高度及螺旋曲面板个数的确定

4．2．2 螺旋线的确定

4．2．3 单个螺旋曲面板的确定

4．2．4 单个螺旋曲面板孔个数的确定

4．2．5 螺旋塔板制造关键技术探讨

4．3 本章小结

5 水力通风换热机改装前后实验研究及结果分析

5．1 实验目的

5．2 实验方案设计

5．3 相关参数测量方法及仪器介绍

5．4 实验步骤及说明

5．5 实验结果处理及分析

5．5．1 数据预处理与说明

5．5．2 水力通风换热机改装前后性能分析

5．5．3 水力通风换热能量分析

5．6 水力通风换热机改装前后综合评价

5．7 本章小节

6 总结与展望

6．1 论文主要结论

6．2 论文主要创新点

6．3 研究工作展望

参考文献

附录 实验数据

致谢

攻读硕士期间主要研究成果