高压气幕喷孔风速的数值模拟及应用

高压气幕有效地控制掘进工作面的矿尘扩散。应用流体软件FLUENT,对高压气幕喷孔风速的进行了数值模拟。把高压气幕喷孔风速分为风速有效区和风速无效区;喷孔风速随着气体压力的增大而增加;随着气幕喷孔直径增大,喷孔风速呈现增大的趋势,而风速无效区长度也呈现不同程度地增大。模拟结果在现场进行了应用。     

矿用隔尘气幕机的研究

针对国内煤矿井下用隔尘气幕机产品空缺的现状,对其主要技术指标确定、风机型式选择、风轮设计、整机优化设计及实验室实验等5个方面进行研究与设计,开发出矿用隔尘气幕机,并进行了工业性试验验证。研制的气幕机最大风量达到80 m3/min以上,出口风速可达14 m/s以上,风流分布均匀系数达到0.8。工业性试验结果表明:气幕机在煤矿井下机掘工作面使用时不会影响工作面正常生产,其隔尘效率最高达到81.2%,平均在70%以上。     

基于高压气幕技术的综掘面封闭式除尘系统参数优化设计

基于压抽混合式局部通风系统气载粉尘分布规律的模拟分析以及空气幕隔尘的原理,提出了基于高压气幕技术的综掘面封闭式除尘系统。该系统可将综掘机截割产尘有效地控制在综掘机司机前方,并配合高效除尘风机及合理设置吸尘口的位置,将工作面产尘抽出净化,从而可有效降低综掘面司机等有人作业区域的粉尘浓度。     

黏结式隔尘帘降尘效果试验研究

设计制作了多面空心球体隔尘帘、多孔旋转球型悬浮填料模型隔尘帘和混合型隔尘帘3种隔尘装置。并对3种隔尘帘加入黏尘剂进行现场试验:混合型隔尘帘效果较好,平均隔尘效率为44.05%,经第4道隔尘帘后呼吸性粉尘浓度降为12.71 mg/m3,风速在1.61 m/s左右,满足最优排尘风速要求;通过计算单个球体载液量及单位时间黏结剂溶液的减少量,结合现场实测,确定混合型隔尘帘的清洗周期为40 h。     

综采工作面气水联合旋转风幕隔尘效果研究

为了提高旋转风幕在综采工作面的隔尘效果,基于喷雾除尘的机理,对气水联合下旋转风幕的除尘效率进行了修正。设计了试验系统及方案,从试验研究方面将改进的气水联合旋转风幕隔尘效果与原本旋转风幕进行研究对比。结果表明:气水联合旋转风幕的隔尘效果要优于旋转风幕;相同工况下气水联合旋转风幕的全尘及呼吸性粉尘的除尘效率高于改进前的旋转气幕,与理论研究结果保持一致。     

气幕控尘模拟试验研究

根据流体力学的空气射流理论和附壁效应,结合现场实际条件在实验室对影响气幕控尘效果的因素进行了考察。实验得出了气幕发生器的喷孔直径设计为5mm、喷孔间距设计为1倍孔距、气幕风量设计为25～30m3/min比较合理。现场实际应用中为了保证气幕的控尘效果,在《煤矿安全规程》规定和现场许可的条件下,应尽量提高机载除尘器的处理风量,尽量减小压入风量,风筒出口与气幕保持比较大的距离为宜。     

气幕发生器的试验研究

根据流体力学中空气射流理论和附壁效应,结合现场实际条件对气幕发生器的气幕风速进行了测试和分析,并对气幕发生器的设计参数进行了探讨,得出满足现场条件最合理的喷口直径、气幕风流流向和喷孔间距的气幕发生器。试验结果对现场使用气幕发生器的设计和制作具有一定的参考价值。     

基于数值模拟的综采面空气幕隔尘参数优化

为了获取综采工作面隔尘空气幕的合理设计参数,提高其隔尘效率,改善作业环境,以平煤八矿1240综采工作面为研究背景,利用计算流体力学软件Fluent6.3,对不同的空气幕出口风速和出口宽度下综采工作面空气流场及空气幕两侧的粉尘浓度分布进行数值模拟,研究确定空气幕最佳隔尘效果时的参数。研究结果表明:对于所研究的工作面,当出口风速为4 m/s,出口宽度为30 mm时,空气幕隔尘效果最佳,此时司机侧粉尘浓度最低。     

掘进机外气动涡旋雾幕控尘装置的研制与实验

为有效控制由掘进机截割头旋转破碎引发的粉尘污染,基于高压喷雾在涡旋气体射流场中的运动规律及二次雾化破碎特性,研制了一种可以阻隔工作区域高质量浓度粉尘迁移扩散的新型掘进机外气动涡旋雾幕控尘装置。绘制了包含掘进系统的气动涡旋雾幕控尘装置的比例模型,并通过利用CFD数值模拟软件获得该型设备外部风流场迁移规律和液滴粒子运动规律,以模拟结果为理论基础建立实验平台,并对设备的雾化性能及控尘性能进行了实验测定。模拟结果表明:在环状风筒前端形成了完整旋转风幕,外环高压喷雾受内环高速旋转风流冲击,加剧了液滴的破碎、迁移扩散与捕尘性能。雾化性能实验结果表明:该型设备雾化性能主要由气体射流与高压喷雾的相间速度差决定,喷雾夹角为45°～75°,相间速度差较大,气相射流风速对雾化性能影响占主导地位;喷雾夹角大于75°时,相间干涉减小,喷雾压力占主导地位;随着沿流向方向的距离增大,风速快速衰减,液滴运动趋于稳定。控尘性能实验研究结果表明:当喷雾压力、喷雾夹角不变的情况下,单独提高引射射流风速时,涡旋雾幕前方粉尘捕集较差,全尘和呼尘平均捕集率分别为21.21%和26.24%;而雾幕后方,不同风速下的全尘捕集率分别为84.98%,87.88%和90.70%,呼吸性粉尘捕集率为83.89%,87.87%和88.71%,照比传统高压喷雾表现出更好的控尘性能。     

用空气幕阻止粉尘向采煤机司机工作区扩散的模拟实验研究

利用相拟模拟实验方法，对综采工作面煤机工作时粉尘在工作面中的扩散规律进行了考察；发现粉尘向工作面下风侧扩散时，其扩散角受工作面的风速影响很大，工作面风速越小，粉尘的扩散角越大；同时，在实验室制作了４种喷口宽度不同的实验空气幕，利用这些空气幕，在给定不同的喷口风速条件下，对采煤机上隔尘空气幕的隔尘效率与空气幕的设计参数之间的关系进行了探讨，得出了空气幕的最佳喷口风速、喷口宽度。其结论对现场试验用空气     

空气幕内气流场的数值模拟与分析

矿用空气幕是一种较好的风流控制技术。但由于现阶段研究还不深入,空气幕的结构设计、参数确定还仅依靠具体的实验分析,具有很大的局限性。采用有限元分析软件ANSYS对矿用空气幕内的空气流动进行仿真分析,得到流体的速度、压力的分布图,为矿用空气幕选择更合理的结构参数提供了依据。     

隔断或引射风流型矿用空气幕理论模型分析

利用Matlab语言，借助计算机绘制了隔断风流或引射风流型空气幕有效压力数学模型三维效果图。在其三维坐标系中分析了其空气幕引射风量Q与风机台数n、空气幕出口风速V_c、安装空气幕巷道的通风阻力ΔH、巷道风阻R、空气幕出口断面积S_c等之间的变化规律。并对空气幕隔断风流和引射风流的特性进行了试验研究，为矿用空气幕的实际应用提供了可靠的理论与技术指导。     

多机并联空气幕引射风流及其应用研究

依据有效压力理论和射流理论，导出单机和多机并联空气幕引射风流的有效压力理论公式。在矿山对多机并联空气幕的引射风流作用进行现场试验研究。结果表明，在大断面运输巷道内，多机并联空气幕可以有效控制风流的方向，起引射风机的作用，且不影响运输和行人，在矿山具有广阔的推广应用前景。     

循环型矿用空气幕出口风速对隔断风流效果影响的数值模拟

根据空气幕隔断巷道风流的具体特点,建立了风流流场的数学模型。采用计算流体力学的FLUENT软件,对不同风速下的压力场及速度场进行数值模拟,其结果与理论数据相吻合。模拟结果显示,根据静压及速度梯度可将风流流场分为稳定的上、下游区及变化剧烈的回流区,为数据测量提供依据。空气幕出口风速降低,有效压力随之降低,会使漏风量进一步增加,在设计空气幕时,其隔断能力与所需隔断压差要匹配。     

全岩机掘面压风空气幕封闭除尘系统的研究与应用

分析了掘进工作面压风空气幕的形成机制,并采用k-ε双方程模型建立了单相风流流动的数学模型,基于同位网格的SIMPLE算法,利用FLUENT软件对全岩机掘面压风口距掘进头不同长度时形成空气幕的状况进行了数值模拟,结果显示,随着压风口距掘进头长度的增大,压风形成覆盖巷道整个断面空气幕的能力不断增强,压风口距掘进头30 m时,在距掘进头约8.7 m的位置即可形成1.62 Pa的空气幕,是形成压风空气幕的最佳距离。设计了压风空气幕封闭除尘系统,在唐口煤矿南部回风大巷全岩机掘面试验了该系统压风口距掘进头分别为10,20,30和35 m时的除尘效果,数据表明,应用4种方式后,现场的粉尘浓度均有了明显降低,尤其压风口距掘进头30 m时,效果最为明显,全尘和呼尘的降尘率分别高达95.1%和96.1%,这与数值模拟结果一致。     

诱导气流对脉冲喷吹滤筒除尘器清灰影响的研究

采用理论模型分析和实验方法,研究喷吹压力、诱导流量与诱导距离三者的相互变化对滤筒清灰效果的影响。结果表明：在其他参数不变的条件下,任一断面诱导气流量与诱导距离成正比,断面平均流速与诱导距离成反比,滤筒清灰效果取决于二者相互作用的结果;实验验证了在诱导距离为150 mm时,6 mm超音速喷嘴形成的脉冲诱导气流对滤筒的侧壁压力峰值大约为4mm喷嘴的2～3倍。     

诱导气流对脉冲喷吹滤筒除尘器清灰影响的研究

采用理论模型分析和实验方法,研究喷吹压力、诱导流量与诱导距离三者的相互变化对滤筒清灰效果的影响。结果表明：在其他参数不变的条件下,任一断面诱导气流量与诱导距离成正比,断面平均流速与诱导距离成反比,滤筒清灰效果取决于二者相互作用的结果;实验验证了在诱导距离为150 mm时,φ6 mm超音速喷嘴形成的脉冲诱导气流对滤筒的侧壁压力峰值大约为φ4 mm喷嘴的2~3倍。