井巷运输中活塞风动力效应及其对矿井通风的影响

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稳定的矿井通风系统是矿山正常安全生产的基本保障。对于地下矿井来说,通风系统是一个相对封闭的系统,通向地面的出口有限,因此矿井通风系统的稳定对于矿山生产十分重要。当运输设备在巷道内运行时,巷道内原本流动的气流会由于风流断面的突然缩小而改变风向,受到压缩的气流不能像开放空间那样向周围扩散,设备前方的气流会随运输工具向前方流动,产生活塞风和巷道内的瞬变压力,造成巷道内风流脉动,影响矿井通风系统的稳定。因此对于运输工具在巷道内运行时所产生的活塞风和巷道内风流变化规律进行研究,对于整个矿井通风系统的稳定性具有重要意义。其研究结论为:  (1)利用流体力学基本理论和方程,对于矿井活塞风的形成机理进行了阐述,建立活塞风的计算模型,并运用该模型分别对于活塞风的影响因素进行研究,初步得出各影响因素对于活塞风的影响变化规律和影响作用程度;对于活塞风风速影响程度由高到低依次为车速V、巷宽(阻塞比)B、车长L;  (2)根据空气动力学的相关方程和假设,分别建立起运输平巷内的活塞风物理数学模型和立井内的物理数学模型,运输工具分别为电机车牵引的矿车和罐笼,并选用了相应的网格划分方法、离散方程模型和求解方法;  (3)通过上述建立的活塞风物理数学模型,运用FLUENT软件分别对这两个活塞风模型进行数值模拟,得到随车长的增加,巷道最大压力和速度在不断增大,并拟合得到巷道最大压力和速度与车长间的关系方程。通过改变模拟实验的入口风速、巷道阻塞比和运行速度,得到上述影响因素变量越大,巷道内活塞风动力效应越明显。通过模拟得到的速度场和压力场可知,其巷道内风速、活塞风附加阻力和动力效应消耗功率在随之增大,呈正比关系;  (4)利用FLUENT数值模拟得到了Y型平巷和立井内压力场、速度场和速度矢量分布。不断改变初始条件,得到随相对速度增大,Y型平巷和立井内最大压差和风速也在增大,巷内活塞风动力效应更加显著。在活塞风的确定、巷道主要相关污染物分布等方面,去合理、有效地利用活塞风,才能较大地降低机械通风的负荷和对通风系统的影响,取得较显著的经济效益,从而真正达到节能降耗的目的。
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