某铁矿井下空压机硐室降温数值模拟及应用研究

摘要

随着国民经济的不断发展，矿产资源开采量不断增加，迫使大部分矿山转入深部或地质条件复杂的矿床开采。伴随着开采深度的不断增加，深井高温热害问题已成为制约采矿业发展的重要因素之一。特别是近年来随着科技的不断发展，越来越多大型设备安装在井下，井下机电设备硐室的高温热害尤为严重。高温工作环境不仅易造成设备故障，而且严重威胁着工人的身心健康，制约着矿山经济效益的提高。研究井下机电硐室热质交换机理，采取有效的降温技术措施具有非常重要的现实意义。
　　本文基于热力学、流体力学和环境工程学等基础学科，在分析空压机硐室主要热源及空压机工作原理的基础上，对空压机硐室内风流热质交换过程进行了理论分析，得到了传热微分方程及硐室内风流温度预测方程，从理论上分析了空压机硐室内的对流换热过程。同时本文以某铁矿井下空压机硐室为研究对象，从质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本原理出发，建立其数学模型，依据现场实际，建立其物理模型。应用FLUENT软件，对特定模型下的空压机硐室内对流换热过程进行了数值模拟，研究了不同入口风速、入口温度条件下空压机硐室内风流流场、温度场的基本变化规律。通过数值模拟与温度、风速的现场测试，提出了利用风障调节硐室流场、安装型号为 K-4-№12的风机增加风量及降低风流入口温度等综合技术措施对某铁矿井下空压机硐室进行了降温。
　　研究结果表明：温度场受流场分布的影响，硐室形状突变及风流做绕流运动时易形成高温涡流区；入口温度在15~25℃时，其入口风速3~5 m/s为经济合理风速；当入口风速超过5 m/s时，硐室温度并无明显下降趋势，而采用降低入口风流温度的方法效果明显；经实践证明，在三台功率为132KW的空压机同开的热源条件下，当入口温度19.4℃，入口风速3.2 m/s时，空压机硐室出口的温度降低到30.1℃，一年多来，硐室内空压机正常稳定运行。有效的保障了硐室内机械设备的正常运行，为矿井硐室降温提供理论指导和技术支持，对保证矿山安全生产有重要的现实意义。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 目的和意义

1.3 国内外研究现状和进展

1.4 研究内容与方法

第二章 井下空压机硐室热质交换理论研究

2.1 空压机硐室传热过程计算方法分析

2.2 热源分析

2.3 传热理论基础

2.4 井下空压机硐室对流热交换微分方程

2.5 本章小结

第三章 FLUENT数值模拟基础理论与数学模型

3.1 FLUENT软件介绍

3.2 流场模拟理论基础

3.3 热交换模拟理论基础

3.4 空压机硐室数值模拟的数学模型

3.5 本章小结

第四章 井下空压机硐室降温数值模拟

4.1 几何模型的建立

4.2 模拟前处理

4.3 空压机硐室模型的求解计算

4.4 空压机硐室数值模拟结果分析

4.5 本章小结

第五章 井下空压机硐室降温技术

5.1 理论计算与数值模拟的验证

5.2 调节硐室内风流流动状态的降温技术措施及效果评价

5.3 增加风量的降温技术措施及效果评价

5.4 降低入口风流温度的降温技术措施及效果评价

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要研究成果及结论

6.2 展望

参考文献

附录A 模拟温度分布云图

致谢

攻读学位期间的研究成果