煤矿深部高温掘进面温度场分布模拟及风流优化

论文摘要

深井开采是我国地下采煤的趋势,矿井深部的高温环境给矿井生产带来了十分不利的影响。改善深部矿井高温环境,是当前煤矿生产和建设急需解决的重大技术难题。本文运用计算流体力学、传热学、空调工程及流场模拟理论,结合煤矿深部巷道工作面的实际情况,提出了可用于掘进巷道工作面温湿度分析的计算模型,并借助于计算流体力学软件STAR-CD,模拟了巷道工作面的温湿度场以及风流速度场分布。通过比较分析现场实测数据和数值模拟结果,验证了数值计算模型及求解方法的正确性和可行性。同时论文根据该数学模型对工作面不同气流情况进行了系统的模拟,分别对风机进口风温、进口风速及风管出风口位置进行了优化分析,得出了最佳通风方案。本文研究成果为分析及预测矿井热、湿气候,指导矿井降温提供基础数据,同时对了解矿井围岩温湿度场的分布及变化规律、指导矿井安全生产、提高降温效率有一定的实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 国内外研究现状
• 1.1.1 国外研究现状
• 1.1.2 国内研究现状
• 1.1.3 存在的主要问题
• 1.1.4 CFD技术简介
• 1.2 本文的主要研究工作
• 1.2.1 研究目标
• 1.2.2 研究内容和技术路线
• 2 高温掘进面温湿度场及气流流场数学模型
• 2.1 温湿度场模型概述
• 2.1.1 矿井内湿空气参数
• 2.1.2 巷道围岩与风流热湿交换的传热机理
• 2.2 紊流数学模型概述
• 2.2.1 直接数值模拟法
• 2.2.2 雷诺时均模拟法
• 2.2.3 大涡模拟法
• 2.3 高温掘进面温湿度场计算及气流流场数学模型
• 2.3.1 数学模型
• 2.3.2 边界条件
• 2.4 本章小结
• 3 数值求解方法
• 3.1 概述
• 3.2 控制方程的离散
• 3.2.1 扩散项离散
• 3.2.2 对流项离散
• 3.2.3 源项离散
• 3.2.4 完整离散形式的方程
• 3.3 模型求解算法
• 3.4 计算网格
• 3.5 本章小结
• 4 高温掘进面温湿度场实测分析及计算模型验证
• 4.1 现场实测分析与实验室试验
• 4.1.1 某矿井地质、气候概况
• 4.1.2 工作面原岩温度测试
• 4.1.3 工作面及巷道围岩导热系数测定
• 4.1.4 工作面及巷道沿程风速、风温、湿度测定
• 4.2 数学模型验证
• 4.2.1 模型的建立
• 4.2.2 边界条件
• 4.2.3 模型验证分析
• 4.3 本章小结
• 5 基于CFD的高温掘进面通风方案优化分析
• 5.1 高温掘进面温湿度场模拟结果
• 5.1.1 温湿度场模拟结果分析
• 5.1.2 风流模拟结果分析
• 5.2 通风方案优化分析
• 5.2.1 进口风温优化分析
• 5.2.2 进口风速优化分析
• 5.2.3 出风口位置优化分析
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果