矿井因热害问题导致地下工作面温度过高,需引入地面集中降温系统使用机械制冷的方式将冷水输送到地下工作面进行降温。由于重力势能的存在使得冷水携带高压,使用压力交换装置对高压冷水进行降压,同时形成一次高压回路将完成降温功能的热水输送到地面,可以达到节能减耗的目的。压力交换装置在水压缸内采用冷热水直接接触的方式完成压力能交换后,在二次低压回路中将冷水输送到末端空冷器进行工作面降温,但冷热水的混合会导致冷水出口温升增加,进而增大空冷器的热负荷,影响其降温效率。同时压力交换装置的关键零部件止回阀的流阻性能直接关系到装置整体的阻力损失和运行效率,因此热混合问题和止回阀的流阻性能是本文的重点研究内容。针对热混合问题,建立了三缸阀控式压力交换装置（TC-ERD）水压缸内冷热水混合的三维数值计算模型,在冷热水的温度分别为3℃和18℃、装置处理量为30 m~3/h的基础参数上,以冷水出口瞬时温升低于1℃作为优化前提,以水压缸容积利用率不低于90%为优化目标,探究二次低压回路中温度混合段的形成和演变规律,改变工况条件分析流量、冷热水温差操作参数和水压缸长度、直径结构参数对冷水出口温升的影响,优化了设计参数。结合径向速度分布规律,水压缸内速度场和热混合场表现出随时间同步发展的特性,入口效应会造成热混合段初始阶段快速发展。当出口温升一定时,热水流量的增加和冷热水温差的减小均会增加水压缸的容积利用率。装置处理量固定为30 m~3/h时,增大水压缸的长度可在提高其容积利用率的同时降低电磁阀的切换频率,当水压缸的长度为18 m、出口温升为1℃时,容积利用率能达到93.88%,电磁阀切换频率仅为1.5 min-1;内径在100～150 mm范围内,水压缸的容积利用率能达到90%以上。对比研究对夹升降式和轴流式止回阀的全开流阻性能和阀瓣关闭过程的动态特性,探究不同止回阀结构特征对装置阻力损失的影响。两类止回阀全开时,阀瓣的迎水侧压力较大,背水侧压力较小,从阀门的前端到后端,压力存在明显的阶梯式递减,且阀门内都存在漩涡流等非理想流动。对夹升降式和轴流式止回阀的流阻系数平均值分别为11.09和3.25,综合对比两类阀门全开时的减阻节能性能,轴流式止回阀的结构设计更加合理。采用动网格技术模拟两类阀门阀瓣的动态关闭过程,随阀瓣开度的变化,轴流式止回阀的压力分布更加稳定,进出口压降数值相对更低,压力场对阀瓣开度的动态变化适应性更好。