综掘面机载风幕集尘除尘装置研究

摘要

随着综掘技术的迅猛发展,综掘工作面的产尘浓度逐渐增高,因此,粉尘对煤矿安全的危害日益明显。为确保广大井下工作者的生命安全,采取有效措施对综掘工作面内粉尘进行防治显得尤为重要。本文对综掘面粉尘产生机理及风幕控尘原理进行分析,设计了综掘面风幕集尘除尘系统的结构。为了验证该装置在综掘面内粉尘防治效果,通过计算流体动力学软件FLUENT模拟实际情况下,掘进机安装此风幕集尘除尘装置后掘进巷道内的风流状态及粉尘颗粒轨迹。并与目前井下常用的通风除尘系统在相同情况下的模拟结果进行对比,说明了该系统防治粉尘的实用性和有效性。另外,为了研究不同参数对系统的影响,本文还利用FLUENT软件,分析了风幕风机风速、除尘风筒直径及出口压力改变的条件下风机的表面空气流线以及粉尘颗粒轨迹。得到风机风速、除尘风筒的直径及出口压力对整个系统集尘除尘效果影响的规律。模拟结果表明:单方面增加风幕风机的风速或出口压力时,系统的集尘除尘效果在一定范围内可以变好,但是超过一定范围之后,风速的增加或者出口压力的增大反而使系统集尘除尘效果变差;在其他条件不变的情况下,除尘风筒直径越大系统集尘除尘效果越好。这些规律对系统的除尘效果优化起到指导性作用。

目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 论文研究背景和意义

1.2 研究现状

1.2.1 综掘面除尘研究现状

1.2.2 矿内空气幕研究现状

1.3 本文主要工作

2 综掘面风幕集尘除尘系统的结构及原理

2.1 综掘面粉尘产生机理

2.2 风幕控尘原理

2.3 综掘面风幕集尘除尘系统的结构特点

3 计算流体动力学基础

3.1 计算流体动力学理论

3.1.1 流体动力学基本控制方程

3.1.2 控制方程的离散化

3.1.3 流场数值计算方法

3.1.4 湍流数值模拟方法

3.2 计算流体动力学求解过程

3.2.1 总体计算过程

3.2.2 建立控制方程

3.2.3 确定边界条件和初始条件

3.2.4 划分计算网格

3.2.5 建立离散方程

3.2.6 离散初始条件和边界条件

3.2.7 给定求解控制参数

3.2.8 求解离散方程

3.2.9 判断解的收敛性

3.3 常用的 CFD 商业软件简介

3.3.1 PHOENICS 软件

3.3.2 CFX 软件

3.3.3 NUMECA 软件

3.3.4 STAR-CD 软件

3.3.5 FIDAP 软件

3.3.6 FLUENT 软件

4 综掘面风幕集尘除尘系统的数值模拟

4.1 建模与网格划分

4.2 FLUENT 中内部参数设置

4.3 系统模拟结果及分析

4.3.1 风幕风机流线模拟结果及分析

4.3.2 粉尘颗粒轨迹模拟结果及分析

4.4 常用通风除尘模拟结果及分析

5 系统结构优化数值模拟

5.1 风速不同时模拟结果及分析

5.2 出口压力不同时模拟结果及分析

5.3 除尘风筒直径不同时模拟结果及分析

5.4 小结

结论

参考文献

作者简历

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