基于煤矿主风机的风门结霜试验及数值分析

摘要

风门在矿井安全通风中起着重要的作用，风门结霜现象的产生影响了风门的开启，使得风道无法正常通风，本文采用实验与数值模拟相结合的方法，对影响风门结霜的分支管路进出口条件及结构的流场、温湿度变化规律进行了研究，研究结果对风门防冻及矿井通风建设具有重要的实际意义。　　本文根据某煤矿分支管路结构，设计试验模型，并对分支管路流动及风门温湿特性进行了应用相似理论进行试验。试验结果表明，在泄漏口宽度为1 mm、2 mm、4 mm、6 mm情况下风门表面不发生结霜，而出口压力的变化对风门结霜影响较小，五种出口压力情况下，风门表面均发生结霜现象。应用FLUENT软件根据分支管路流动特性建立流体控制方程，对试验模型进行数值模拟，研究其压力、速度分布及泄漏宽度、出口压力对风门壁面温湿度的影响，并结合实验进行对比。结果表明，试验与仿真结果变化趋势保持一致，误差在7.7％以内，泄漏宽度为1 mm、2 mm、4 mm、6mm情况下风门壁面湿度低于100%，风门不发生结霜，与实验结果一致。依据实际工况条件，研究了分支管路进出口条件、管路结构对风门壁面结霜影响。结果表明，泄漏口宽度增大，风门壁面湿度、温度均减小，当实际分支管路泄漏口宽度大于29 mm时，风门不发生结霜；而出口压力与主通风入口湿度变化范围内，风门壁面相对湿度均大于100%，对其影响较小；风门壁面湿度随壁面温度的减小而增加，温度大于-15℃时，风门壁面附近湿空气则处于不饱和状态。当斜管长度与直管长度分别大于10.2 m、8.2 m时，风门壁面湿度均低于100%。斜管夹角变化中，夹角大于50°时风门壁面不发生结霜现象。通过正交分析方法，得到各因素影响风门壁面湿度和占地面积综合指标的主次顺序，并优选出指标量较佳的方案。

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1 绪论

1.1 课题的目的和意义

1.2 矿井井巷及阀门风流流动的研究现状

1.3 井巷及阀门热交换的研究现状

1.4 研究内容

2 湿空气特性及风门结霜试验分析

2.1 介质特性介绍及参数计算

2.2 风门结霜试验

2.3 本章小结

3 模拟仿真与试验对比

3.1 计算流体力学模拟软件的选择

3.2 流体流动控制方程

3.3 几何模型及网格划分

3.4 边界条件与计算设置

3.5 模拟与实验结果对比分析

3.6 本章小结

4 风门结霜影响因素分析

4.1 进出口条件的影响因素分析

4.2 分支管路结构的影响因素分析

4.3 正交分析

4.3 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

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