矿井围岩与风流热湿交换规律的实验与模拟研究

论文摘要

我国各类矿井开采深度的不断增加,矿井热害越来越严重,机械制冷降温成为矿井降温技术重要的发展方向。要合理选择制冷设备,首先就需要确定巷道内的冷负荷和湿负荷,弄清矿井围岩与风流热湿交换的机理,这是进行一切降温除湿技术的基础。在诸多热源中,巷道围岩的散热散湿是最主要的一项,计算过程也最为复杂。与一般建筑的空调冷负荷相比,矿井冷负荷要复杂的多。因为围岩的散热散湿是一个三维非稳态过程,传热系数与传湿系数的影响因素很多,传热传湿机理相当复杂。而目前,我国矿井一般都是延用前苏联的一些经验计算公式,这些公式存在以下问题:计算时需要的参数很多,在实际工程上很难被应用;忽略湿度对传热的影响,计算结果往往差强人意;不能较为准确适用于计算中国矿井独特的情况。本文结合我国矿井开采深度日益加深,井下高温高湿的极端工作环境日益恶劣的现状,在实地调查、测试的基础上,通过软件模拟的方法对巷道内风流与湿壁之间热湿交换的方程组进行求解,并模拟巷道内部的温湿度以及速度分布场,按照相似理论搭建了巷道传热传湿模拟实验台,用实验测试的数据与软件模拟的数据进行比较分析,验证了软件模拟的正确性与准确性。围绕矿井巷道围岩与风流间的热湿交换特别是巷道内流场温湿度分布问题,展开一系列研究,得到了巷道内风流温湿度场的分布规律,以及正确的、可用于实际矿井分析计算的理论模型。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.1.1 国内外高温矿井概况
• 1.1.2 矿井热害
• 1.1.3 课题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外高温矿井研究概况
• 1.2.2 国内高温矿井研究概况
• 1.3 本课题的目的及意义
• 1.4 本课题的研究内容及方法
• 第二章 湿壁巷道热湿交换的传热机理及微分方程
• 2.1 巷道围岩与风流热交换的传热机理
• 2.1.1 矿井热害产生的原因及热源分析
• 2.1.2 调热圈理论
• 2.1.3 巷道内空气热、湿交换理论基础
• 2.1.4 围岩不稳定传热系数与传湿系数
• 2.2 湿壁巷道传热传湿模型的建立
• 2.2.1 巷道与风流间热湿交换的基本形式
• 2.2.2 数学模型以及微分方程组的建立
• 2.2.3 定解条件
• 第三章 相似理论分析与实验模型设计
• 3.1 实验的目的和意义
• 3.2 相似理论分析
• 3.2.1 相似准则数
• 3.2.2 模化条件
• 3.3 实验台设计
• 3.3.1 实验模型设计
• 3.3.2 实验模型附属设备
• 3.3.3 实验测量仪器及设备
• 第四章 湿壁与风流间热湿交换方程组的求解
• 4.1 矿内风流热湿交换问题的求解方法
• 4.2 围岩内部导热问题的求解
• 4.2.1 围岩导热问题数学模型
• 4.2.2 围岩导热数学模型求解
• 4.3 巷道内风流温湿度场的数值解法
• 4.3.1 概述
• 4.3.2 数学模型
• 4.3.3 SIMPLE算法简介及欠松弛因子的选择
• 4.3.4 CFD模拟结果
• 第五章 矿井巷道温湿度分布规律与实验结果的验证
• 5.1 流场模拟计算结果分析
• 5.1.1 流场内温度变化规律
• 5.1.2 流场内湿度变化规律
• 5.1.3 流场内流速变化规律
• 5.2 实验数据分析
• 5.2.1 风流温度变化规律
• 5.2.2 风流湿度变化规律
• 5.2.3 风流速度变化规律
• 5.3 模拟结果与实验数据对比
• 5.3.1 温度结果比较分析
• 5.3.2 湿度结果比较分析
• 5.3.3 速度值结果比较分析
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢